P层结构与工艺对硅基GaN长波长LED性能影响的研究
发布时间：2021-03-26 17:11
自GaN基LED技术诞生以来,p层优化生长是进一步提升LED光电性能的主要任务之一。其中,作为一种能够有效提升硅基GaNLED光电性能的外延生长技术,量子阱区形成V形坑的技术获得了广泛的研究与关注。在完成量子阱层生长后,通常采用全H2载气和高压下生长的非故意掺杂GaN对形成的V形坑进行合并。V形坑合并层作为V形坑技术的重要组成部分,对硅基GaNLED的光电性能具有重要影响。因此,为了进一步提升硅基GaN长波长LED的光电性能,本文在国家硅基LED工程技术研究中心的平台上,围绕p层结构和工艺展开了较系统的研究工作。重点分析了 V形坑合并层位置、p层生长温度和p-AlGaN电子阻挡层厚度对硅基GaN长波长LED的微观结构和光电性能的影响,所得研究成果如下:1.研究了 V形坑合并层（VCL）位置对硅基GaN绿光LED光电性能和载流子输运的影响。研究结果表明室温下VCL位置对发光效率影响较小,V形坑合并的更早,反向漏电流更小。低温下VCL位置对V形坑附近载流子的注入行为有着较大影响。V形坑合并靠近量子阱层时,V形坑附近的空穴主要从平台处注入,导致电压急剧增加,小电流下外量子效率更高,大电流下外...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１丨ＩＩ族氮化物禁带宽度与晶格常数ＶＩ??１??
技术相结合是行之有效的解决方案。自１９９８年ＩＢＭ公司研发出??第一支硅基ＧａＮ?ＬＥＤ以来，在国内外科研工作者的共同努力下，硅基ＬＥＤ技??术路线己经取得了巨大的进步。其中，南昌大学国家硅基ＬＥＤ研宄工程中心是??该技术路线的杰出代表，该工程中心江风益团队历经十数年的艰苦研宄，为实现??硅基ＧａＮ?ＬＥＤ产业化提出了一系类完整的解决方案。目前，该工程中心研发的??硅基蓝光ＬＥＤ性能与蓝宝石、ＳｉＣ衬底相当，绿光ＬＥＤ性能世界一流，黄光??ＬＥＤ性能世界领跑，其中黄光ＬＥＤ效率进展如图１．２所示。??３０％???￣￣??２５％?黄光ＬＥＤ效率进展?２２?８％?＿?°??２１．４％??２０％?／＼１?／??１＾％?Ｍ０ＮＳＡＨ１０?／’?馨??■慨?？?０?５５％?９４％?ＴＯＳＨＩＢＡ??５％?ｊ?Ｉ??０．０％?０．０１％?１３０／０?？?ＵＣＳＢ??１９６５?１９７１?１９９０?１９９４?２００８?２０１０?２０１６?２０１７?２０１８??时间（年）??图１．２黄光ＬＥＤ效率进展图??１．３?ＧａＮ基ＬＥＤ的基本特性??１．３．１量子效率??效率是评价任何一个发光器件的重要指标，对ＬＥＤ而言，其效率主要包括??以下几种：内量子效率（ＩＱＥ），光提取效率（ＬＥＥ），外量子效率（ＥＱＥ），注入效??率（丨Ｅ），功率转换效率（ＰＣＥ）等。??４??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]电子阻挡层Al组分对Si衬底GaN基黄光LED内量子效率的影响[J]. 胡耀文,高江东,全知觉,张建立,潘拴,刘军林,江风益. 发光学报. 2019(09)
[2]第三代半导体Ⅲ族氮化物的物理与工程——从基础物理到产业发展的典范[J]. 荣新,李顺峰,葛惟昆. 物理与工程. 2017(06)
[3]垒温对硅衬底GaN基蓝光LED发光效率的影响[J]. 高江东,刘军林,徐龙权,王光绪,丁杰,陶喜霞,张建立,潘拴,吴小明,莫春兰,王小兰,全知觉,郑畅达,方芳,江风益. 发光学报. 2016(02)
[4]GaN HEMT器件结构的研究进展[J]. 于宁,王红航,刘飞飞,杜志娟,王岳华,宋会会,朱彦旭,孙捷. 发光学报. 2015(10)
[5]硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管[J]. 江风益,刘军林,王立,熊传兵,方文卿,莫春兰,汤英文,王光绪,徐龙权,丁杰,王小兰,全知觉,张建立,张萌,潘拴,郑畅达. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2015(06)
[6]Status of GaN-based green light-emitting diodes[J]. 刘军林,张建立,王光绪,莫春兰,徐龙权,丁杰,全知觉,王小兰,潘拴,郑畅达,吴小明,方文卿,江风益. Chinese Physics B. 2015(06)
[7]新生儿黄疸治疗仪用LED光源的研究[J]. 甘汝婷,郭震宁,林介本,颜稳萍,廖炫,潘诗发,林木川. 光学学报. 2015(04)
[8]GaN基发光二极管衬底材料的研究进展[J]. 陈伟超,唐慧丽,罗平,麻尉蔚,徐晓东,钱小波,姜大朋,吴锋,王静雅,徐军. 物理学报. 2014(06)
[9]InGaN绿光LED中p型GaN层的优化设计[J]. 郝锐,马学进,马昆旺,周仕忠,李国强. 半导体光电. 2013(01)
[10]GaN基发光二极管外延中p型AlGaN电子阻挡层的优化生长[J]. 王兵,李志聪,姚然,梁萌,闫发旺,王国宏. 物理学报. 2011(01)
博士论文
[1]硅基氮化镓含V形坑LED三维p-n结特性研究[D]. 高江东.南昌大学 2019
[2]GaN/Si基绿光LED外延设计与效率提升研究[D]. 江兴安.南昌大学 2019
[3]高光效硅衬底GaN基黄光发光二极管发光性能研究[D]. 陶喜霞.南昌大学 2018
[4]含V形坑的Si衬底GaN基蓝光LED发光性能研究[D]. 吴小明.南昌大学 2014
[5]硅基GaN外延膜生长与LED性能提升研究[D]. 郑畅达.南昌大学 2014
[6]GaN材料的缺陷分布及工艺设计对器件性能的影响研究[D]. 王福学.南京大学 2011
硕士论文
[1]GaN基双势垒多谐RTD器件的研究[D]. 白建玲.杭州电子科技大学 2019
[2]GaN基长波紫外LED多量子阱结构调整对光效的影响[D]. 陈蛟龙.西安电子科技大学 2015
[3]GaN基紫外LED的光致发光谱分析[D]. 丁娟.西安电子科技大学 2014
[4]LED光源设计及其在生物医学工程中的应用研究[D]. 谭俊廷.河北科技大学 2010
本文编号：3101949
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１丨ＩＩ族氮化物禁带宽度与晶格常数ＶＩ??１??
技术相结合是行之有效的解决方案。自１９９８年ＩＢＭ公司研发出??第一支硅基ＧａＮ?ＬＥＤ以来，在国内外科研工作者的共同努力下，硅基ＬＥＤ技??术路线己经取得了巨大的进步。其中，南昌大学国家硅基ＬＥＤ研宄工程中心是??该技术路线的杰出代表，该工程中心江风益团队历经十数年的艰苦研宄，为实现??硅基ＧａＮ?ＬＥＤ产业化提出了一系类完整的解决方案。目前，该工程中心研发的??硅基蓝光ＬＥＤ性能与蓝宝石、ＳｉＣ衬底相当，绿光ＬＥＤ性能世界一流，黄光??ＬＥＤ性能世界领跑，其中黄光ＬＥＤ效率进展如图１．２所示。??３０％???￣￣??２５％?黄光ＬＥＤ效率进展?２２?８％?＿?°??２１．４％??２０％?／＼１?／??１＾％?Ｍ０ＮＳＡＨ１０?／’?馨??■慨?？?０?５５％?９４％?ＴＯＳＨＩＢＡ??５％?ｊ?Ｉ??０．０％?０．０１％?１３０／０?？?ＵＣＳＢ??１９６５?１９７１?１９９０?１９９４?２００８?２０１０?２０１６?２０１７?２０１８??时间（年）??图１．２黄光ＬＥＤ效率进展图??１．３?ＧａＮ基ＬＥＤ的基本特性??１．３．１量子效率??效率是评价任何一个发光器件的重要指标，对ＬＥＤ而言，其效率主要包括??以下几种：内量子效率（ＩＱＥ），光提取效率（ＬＥＥ），外量子效率（ＥＱＥ），注入效??率（丨Ｅ），功率转换效率（ＰＣＥ）等。??４??
ｏｏｐ－ｆｒｅｅ?ＬＥＤ??Ｓ?４０?ｎ?＝??＾?３〇?－?＂＇?ｊｘ?－??｜?Ｇａ０．８５ｌｎ０．１５Ｎ／ＧａＮ?ＬＥＤ?’？—??ｃ?２０?＊?－??５?厂?Ｓｔｅｅｐ?ｆａｌｌ?ｄｕｅ?ｔｏ?ｎｏｎ－??—１０?－?ｒａｄｉａｔｉｖｅ?ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ?－??Ｃ??ｗ．??思?ｑ?，?ｉ?，?ｉ?ｋ?ｉ?，?ｉ?？??ｍ?０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??Ｆｏｒｗａｒｄ?ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ?ｃｕｒｒｅｎｔ?Ｉｆ?（Ａ）??图１．３文献［３４］中所得理想ＧａＮ基ＬＥＤ和实际ＧａＮ基ＬＥＤ外量子阱效率随正向注入??电流变化曲线??图丨．３展示的是理想ＧａＮ基ＬＥＤ和实际ＧａＮ基ＬＥＤ外量子效率随正向注??入电流变化的曲线。对于理想ＧａＮ基ＬＥＤ而言，其光发射功率和注入电流成线??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子阻挡层Al组分对Si衬底GaN基黄光LED内量子效率的影响[J]. 胡耀文,高江东,全知觉,张建立,潘拴,刘军林,江风益. 发光学报. 2019(09)
[2]第三代半导体Ⅲ族氮化物的物理与工程——从基础物理到产业发展的典范[J]. 荣新,李顺峰,葛惟昆. 物理与工程. 2017(06)
[3]垒温对硅衬底GaN基蓝光LED发光效率的影响[J]. 高江东,刘军林,徐龙权,王光绪,丁杰,陶喜霞,张建立,潘拴,吴小明,莫春兰,王小兰,全知觉,郑畅达,方芳,江风益. 发光学报. 2016(02)
[4]GaN HEMT器件结构的研究进展[J]. 于宁,王红航,刘飞飞,杜志娟,王岳华,宋会会,朱彦旭,孙捷. 发光学报. 2015(10)
[5]硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管[J]. 江风益,刘军林,王立,熊传兵,方文卿,莫春兰,汤英文,王光绪,徐龙权,丁杰,王小兰,全知觉,张建立,张萌,潘拴,郑畅达. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2015(06)
[6]Status of GaN-based green light-emitting diodes[J]. 刘军林,张建立,王光绪,莫春兰,徐龙权,丁杰,全知觉,王小兰,潘拴,郑畅达,吴小明,方文卿,江风益. Chinese Physics B. 2015(06)
[7]新生儿黄疸治疗仪用LED光源的研究[J]. 甘汝婷,郭震宁,林介本,颜稳萍,廖炫,潘诗发,林木川. 光学学报. 2015(04)
[8]GaN基发光二极管衬底材料的研究进展[J]. 陈伟超,唐慧丽,罗平,麻尉蔚,徐晓东,钱小波,姜大朋,吴锋,王静雅,徐军. 物理学报. 2014(06)
[9]InGaN绿光LED中p型GaN层的优化设计[J]. 郝锐,马学进,马昆旺,周仕忠,李国强. 半导体光电. 2013(01)
[10]GaN基发光二极管外延中p型AlGaN电子阻挡层的优化生长[J]. 王兵,李志聪,姚然,梁萌,闫发旺,王国宏. 物理学报. 2011(01)
博士论文
[1]硅基氮化镓含V形坑LED三维p-n结特性研究[D]. 高江东.南昌大学 2019
[2]GaN/Si基绿光LED外延设计与效率提升研究[D]. 江兴安.南昌大学 2019
[3]高光效硅衬底GaN基黄光发光二极管发光性能研究[D]. 陶喜霞.南昌大学 2018
[4]含V形坑的Si衬底GaN基蓝光LED发光性能研究[D]. 吴小明.南昌大学 2014
[5]硅基GaN外延膜生长与LED性能提升研究[D]. 郑畅达.南昌大学 2014
[6]GaN材料的缺陷分布及工艺设计对器件性能的影响研究[D]. 王福学.南京大学 2011
硕士论文
[1]GaN基双势垒多谐RTD器件的研究[D]. 白建玲.杭州电子科技大学 2019
[2]GaN基长波紫外LED多量子阱结构调整对光效的影响[D]. 陈蛟龙.西安电子科技大学 2015
[3]GaN基紫外LED的光致发光谱分析[D]. 丁娟.西安电子科技大学 2014
[4]LED光源设计及其在生物医学工程中的应用研究[D]. 谭俊廷.河北科技大学 2010
本文编号：3101949
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