InGaN/GaN界面对Si基GaN黄绿光LED性能影响的研究
发布时间：2021-07-16 17:10
纵观半导体照明技术的发展史,黄绿光等长波段的GaN基LED较低的发光效率,一直是半导体照明技术在照明领域得到广泛应用的一大阻碍。为了获得照明用的白光,目前使用广泛的方法是用蓝光LED激发黄色荧光粉。但是这种方法由于其蓝光含量较高,容易带来显示指数与色温之间的失调,并且具有“蓝光危害”等潜在风险。所以,研究者们开始寻找更为均衡,更为健康的光源。而多基色LED混合形成白光就是一种行之有效的解决方案。但是此种方案实现的前提,是各个波段的LED都能达到较高的发光效率。遗憾的是,目前无论是InGaN材料路线还是AlGaInP材料路线,其黄绿光波段的LED的发光效率均处在较低的水平,这也是多基色合成白光LED的难点所在。本论文在本单位前期已经在长波长LED的研究中取得较大突破的基础上,通过对InGaN/GaN准备层生长方法的优化,研究其对InGaN/GaN准备层和量子阱的界面质量以及长波长LED光电性能的影响,并取得了以下的研究成果:1.通过在准备层GaN垒的生长过程中,引入不同时长的H2进行处理,研究了 H2处理准备层GaN垒的时长对黄绿光LED的准备层界面质量,量子阱晶体质量及光电性能的影响。...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．４１氮化物的反应平衡常数与温度的关系ｌ２６］??
?第１章绪论???１．４．２有源区极化电场??／—?ｃａｔｉｏｎ??／?＞—?ａｎｉｏｎ??Ｌｉｙ?ｊＪ?｜??１％．?Ｖ?ｘＩｔ／??心?－一?ｋ＼????．．．．．．＂一—??图１．４２六方纤锌矿晶体结构丨３４】??如图１．４２所示［３４１由于纤锌矿ＧａＮ是六方对称结构，存在着正负两个电荷??中心，因此会发生自发极化和压电极化。并且根据ＰｉｐｒｅｋＪ的观测，量子阱内极??化电场的强度是随着丨ｎ组分的含量呈线性增加的１３５］。尤其对于黄绿光ＬＥＤ来??说，其内部的极化电场强度达到了一个很高的水平，高的极化电场会产生较强的??量子限制斯达克效应（ｑｕａｎｔｕｍｃｏｎｆｍｅｍｅｎｔｓｔａｒｋｅｆｆｅｃｔ?简称?ＱＣＳＥ）?［３６，３７］，使得??阱内电子与空穴的波函数分离，最终导致载流子复合率下降，加剧载流子的泄露。??由于压电电场是沿ｃ轴方向产生的，在非极性面（相对于ｃ面垂直的ａ面??或ｍ面）的法线上，或半极性面（相对于ｃ轴倾斜的ｘ斜面）的法线上生长可??以弱化压电场的影响。因此在非极性或半极性衬底上生长ＧａＮ基ＬＥＤ是一种??从源头上减小压电效应的方法，不少学者对这种方法进行尝试，并取得了一些研??究进展［３８４（）】。但是，由于非极性或半极性衬底的成本较高，这样的方法现在还只??能停留在实验室阶段，难以大规模地应用。??目前最常用的降低量子阱中极化效应的方法是，在阱前插入一层??ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超晶格（Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｈ简称ＳＬ）应力准备层来释放应力。研究表明，??与直接生长在ｎ－ＧａＮ上的量子阱相比，插入了应力准备层的样品的阱内应力得??到释放，晶体质量和发光效率都得到了大幅提高
?第１章绪论???显的效果。但是，当Ｈ２的量过多时，也会造成丨ｎＧａＮ量子阱的分解，使得阱皇??之间的界面反而变得更差［４９－５１］。这证明在生长过程汇总采用Ｈ２处理ＧａＮ量子垒??对于提升界面质量是有效的，但是Ｈ２的使用不宜过量。??１．５多量子阱中的Ｖ形坑??１．５．１?Ｖ形坑的结构??Ｖ形坑是一种在ＧａＮ基ＬＥＤ中常见的一种缺陷，由于其横截面像一个Ｖ??字而得名。如图１．５１所示，它的形状是倒六角金字塔状，由六个（１０－１１）侧面??包围形成，每个侧面与（０００１）面呈６２°角，与中心轴的夹角约为２８°?［５２１。图??１．５２为Ｖ形坑的剖面ＳＴＥＭ照片可以看出，Ｖ形坑的中心通常会有－？根贯??穿Ｖ形坑底部的位错线。图片中的亮条纹为Ｉｎ含量较高的量子阱，可以看出，??在包含Ｖ形坑的量子阱结构中，不仅平台处有量子阱，在Ｖ形坑的侧壁，同样??存在量子阱区域。相比于平台量子阱，侧壁量子阱的阱宽更小，且Ｉｎ的含量更??低［５４】。??Ｗ??图１．５１?Ｖ形坑的结构示意图??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]半导体黄光发光二极管新材料新器件新设备[J]. 江风益,刘军林,张建立,徐龙权,丁杰,王光绪,全知觉,吴小明,赵鹏,刘苾雨,李丹,王小兰,郑畅达,潘拴,方芳,莫春兰. 物理学报. 2019(16)
[2]五基色LED照明光源技术进展[J]. 刘军林,莫春兰,张建立,王光绪,徐龙权,丁杰,李树强,王小兰,吴小明,潘拴,方芳,全知觉,郑畅达,郭醒,陈芳,江风益. 照明工程学报. 2017(01)
[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)
[5]The improvement of Al2O3 /AlGaN/GaN MISHEMT performance by N2 plasma pretreatment[J]. 冯倩,田园,毕志伟,岳远征,倪金玉,张进成,郝跃,杨林安. Chinese Physics B. 2009(07)
博士论文
[1]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
[2]含V形坑的Si衬底GaN基单量子阱绿光LED有源区研究[D]. 吴庆丰.南昌大学 2019
[3]准备层及量子阱区生长条件对Si衬底GaN基LED性能影响的研究[D]. 齐维靖.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
硕士论文
[1]AlGaN电子阻挡层对Si衬底GaN基绿光LED性能影响的研究[D]. 余浩.南昌大学 2019
[2]量子垒结构与生长方法对Si衬底GaN基长波长LED性能影响的研究[D]. 胡耀文.南昌大学 2019
[3]硅衬底GaN基绿光LED的量子阱结构对光电性能影响的研究[D]. 王振旭.南昌大学 2019
[4]喷淋头高度调节InGaN/GaN量子阱生长及n-AlGaN电子阻挡层的模拟研究[D]. 柯昀洁.大连理工大学 2013
本文编号：3287413
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．４１氮化物的反应平衡常数与温度的关系ｌ２６］??
?第１章绪论???１．４．２有源区极化电场??／—?ｃａｔｉｏｎ??／?＞—?ａｎｉｏｎ??Ｌｉｙ?ｊＪ?｜??１％．?Ｖ?ｘＩｔ／??心?－一?ｋ＼????．．．．．．＂一—??图１．４２六方纤锌矿晶体结构丨３４】??如图１．４２所示［３４１由于纤锌矿ＧａＮ是六方对称结构，存在着正负两个电荷??中心，因此会发生自发极化和压电极化。并且根据ＰｉｐｒｅｋＪ的观测，量子阱内极??化电场的强度是随着丨ｎ组分的含量呈线性增加的１３５］。尤其对于黄绿光ＬＥＤ来??说，其内部的极化电场强度达到了一个很高的水平，高的极化电场会产生较强的??量子限制斯达克效应（ｑｕａｎｔｕｍｃｏｎｆｍｅｍｅｎｔｓｔａｒｋｅｆｆｅｃｔ?简称?ＱＣＳＥ）?［３６，３７］，使得??阱内电子与空穴的波函数分离，最终导致载流子复合率下降，加剧载流子的泄露。??由于压电电场是沿ｃ轴方向产生的，在非极性面（相对于ｃ面垂直的ａ面??或ｍ面）的法线上，或半极性面（相对于ｃ轴倾斜的ｘ斜面）的法线上生长可??以弱化压电场的影响。因此在非极性或半极性衬底上生长ＧａＮ基ＬＥＤ是一种??从源头上减小压电效应的方法，不少学者对这种方法进行尝试，并取得了一些研??究进展［３８４（）】。但是，由于非极性或半极性衬底的成本较高，这样的方法现在还只??能停留在实验室阶段，难以大规模地应用。??目前最常用的降低量子阱中极化效应的方法是，在阱前插入一层??ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超晶格（Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｈ简称ＳＬ）应力准备层来释放应力。研究表明，??与直接生长在ｎ－ＧａＮ上的量子阱相比，插入了应力准备层的样品的阱内应力得??到释放，晶体质量和发光效率都得到了大幅提高
?第１章绪论???显的效果。但是，当Ｈ２的量过多时，也会造成丨ｎＧａＮ量子阱的分解，使得阱皇??之间的界面反而变得更差［４９－５１］。这证明在生长过程汇总采用Ｈ２处理ＧａＮ量子垒??对于提升界面质量是有效的，但是Ｈ２的使用不宜过量。??１．５多量子阱中的Ｖ形坑??１．５．１?Ｖ形坑的结构??Ｖ形坑是一种在ＧａＮ基ＬＥＤ中常见的一种缺陷，由于其横截面像一个Ｖ??字而得名。如图１．５１所示，它的形状是倒六角金字塔状，由六个（１０－１１）侧面??包围形成，每个侧面与（０００１）面呈６２°角，与中心轴的夹角约为２８°?［５２１。图??１．５２为Ｖ形坑的剖面ＳＴＥＭ照片可以看出，Ｖ形坑的中心通常会有－？根贯??穿Ｖ形坑底部的位错线。图片中的亮条纹为Ｉｎ含量较高的量子阱，可以看出，??在包含Ｖ形坑的量子阱结构中，不仅平台处有量子阱，在Ｖ形坑的侧壁，同样??存在量子阱区域。相比于平台量子阱，侧壁量子阱的阱宽更小，且Ｉｎ的含量更??低［５４】。??Ｗ??图１．５１?Ｖ形坑的结构示意图??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]半导体黄光发光二极管新材料新器件新设备[J]. 江风益,刘军林,张建立,徐龙权,丁杰,王光绪,全知觉,吴小明,赵鹏,刘苾雨,李丹,王小兰,郑畅达,潘拴,方芳,莫春兰. 物理学报. 2019(16)
[2]五基色LED照明光源技术进展[J]. 刘军林,莫春兰,张建立,王光绪,徐龙权,丁杰,李树强,王小兰,吴小明,潘拴,方芳,全知觉,郑畅达,郭醒,陈芳,江风益. 照明工程学报. 2017(01)
[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)
[5]The improvement of Al2O3 /AlGaN/GaN MISHEMT performance by N2 plasma pretreatment[J]. 冯倩,田园,毕志伟,岳远征,倪金玉,张进成,郝跃,杨林安. Chinese Physics B. 2009(07)
博士论文
[1]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
[2]含V形坑的Si衬底GaN基单量子阱绿光LED有源区研究[D]. 吴庆丰.南昌大学 2019
[3]准备层及量子阱区生长条件对Si衬底GaN基LED性能影响的研究[D]. 齐维靖.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
硕士论文
[1]AlGaN电子阻挡层对Si衬底GaN基绿光LED性能影响的研究[D]. 余浩.南昌大学 2019
[2]量子垒结构与生长方法对Si衬底GaN基长波长LED性能影响的研究[D]. 胡耀文.南昌大学 2019
[3]硅衬底GaN基绿光LED的量子阱结构对光电性能影响的研究[D]. 王振旭.南昌大学 2019
[4]喷淋头高度调节InGaN/GaN量子阱生长及n-AlGaN电子阻挡层的模拟研究[D]. 柯昀洁.大连理工大学 2013
本文编号：3287413
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