量子阱层和垒层具有不同Al组分的270/290/330nm AlGaN基深紫外LED光电性能
发布时间：2021-09-16 23:20
为了研究AlGaN量子阱层和垒层中Al组分不同对AlGaN基深紫外发光二极管（LED）光电性能的影响,本文利用MOCVD生长、光刻和干法刻蚀工艺制备了AlGaN量子阱层和垒层具有不同Al组分的270/290/330nm深紫外LED,通过实验和数值模拟计算方法发现,量子阱层和垒层中具有低Al组分紫外LED的AlGaN材料具有较低的位错密度、较高的光输出功率和外量子效率。通过电流-电压（I-V）曲线拟合出的较大的理想因子（>3.5）和能带结构图表明,AlGaN深紫外LED的电流产生是隧穿机制占据主导作用,这是因为高Al组分AlGaN量子阱中强极化场造成了有源层区域较大的能带弯曲和电势降。
【文章来源】：发光学报. 2017,38(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
AlGaN深紫外LED的结构示意图
意的是330nmLED的最大外量子效率要明显高于270nm和290nm的LED。AlGaN基深紫外LED的光提取率受p-GaN吸收以及光的偏振特性影响，由于本文所生长的LED的p-GaN厚度一致，所以其光提取率主要受光偏振的影响。对于AlGaN1.5×105100I/mARelativeoutputpower/a.u.1.0×1055.0×10420406080（a）270nm290nm330nm100I/mANormalizedIQE/a.u.0.420406080（b）270nm290nm330nm00.60.81.00.20图3270/290/330nmLED在不同注入电流下的光功率(a)和归一化的外量子效率(b)曲线Fig．3Current-dependentoutputpower(a)andnormalizedEQE(b)ofthethreedeepUVLEDs
?VＲP=ISexpq［V(1+ＲS/ＲP)－IＲS］{}nkT，(1)其中ＲP是并联电阻，ＲS是串联电阻，IS是饱和电流，k是波尔兹曼常量，T为绝对温度［21］。对于AlGaN基深紫外LED，ＲP大约为1011，远大于ＲS，从而上式中的V/ＲP和ＲS/ＲP可以忽略，式(1)可以简化为:0.01-８６V/VI/A1E－41E鄄61E鄄81E鄄101E鄄1２-１０-６-４-２０２４８２７０nm２9０nm33０nm0.011E鄄61E鄄10I/A270nm290nm330nmⅠⅡ0２468V/V图4270/290/330nm3种深紫外LED的I-V特性曲线，插图是相对应的正向I-V曲线。Fig．4I-VcurvesofthethreedeepUVLEDsatroomtem-perature．Inset:correspondingforwardI-Vcurves．dVdI=ＲS+nkTqI．(2)在区域Ⅰ，270/290/330nmLED的理想因子分别为8．01，7．8，5;在区域Ⅱ，270nm和290nmLED的理想因子分别为4．05和3．92。所有的理想因子均大于2，如此大的理想因子不能用肖克莱扩散和复合模型来解释，而是由于在适中的正向电压下，3个LED均存在较大的电流隧穿过程。同时理想因子随着AlGaN量子阱中Al组分的降低而降低，这是由于较高Al组分的AlxGa1－xN材料会产生较高的位错密度［22］。为了进一步研究深紫外LED的光电特性和隧穿电流的物理机制，我们采用SilvacoAtlas软件计算出3种LED的能带图，如图5所示。在计算中，AlGaN/AlGaN和AlGaN/GaN的带偏比例设为0．5/0．5［23］，采用非完全电离模型计算离化电子和空穴浓度，电子和空穴的离化能分别为80meV和300meV。在求解泊松方程和载流子连续性方程时采用了载流子浓度和电场依赖的迁移率模型，并考虑了间接复合模型、表面复合模型、俄
【参考文献】：
期刊论文
[1]GaN-on-Si blue/white LEDs: epitaxy, chip, and package[J]. 孙钱,严威,冯美鑫,李增成,封波,赵汉民,杨辉. Journal of Semiconductors. 2016(04)
[2]基于液晶衬垫的OLED光萃取[J]. 杜帅,张方辉. 光电子·激光. 2016(04)
[3]半导体GaN基蓝光发光二极管的精确电学特性[J]. 李杨,冯列峰,李丁,王存达,邢琼勇,张国义. 光电子.激光. 2013(04)
[4]表面粗化对GaN基垂直结构LED出光效率的影响[J]. 樊晶美,王良臣,刘志强. 光电子.激光. 2009(08)
[5]高效率、高可靠性紫外LED封装技术研究[J]. 吴震,钱可元,韩彦军,罗毅. 光电子.激光. 2007(01)
本文编号：3397478
【文章来源】：发光学报. 2017,38(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
AlGaN深紫外LED的结构示意图
意的是330nmLED的最大外量子效率要明显高于270nm和290nm的LED。AlGaN基深紫外LED的光提取率受p-GaN吸收以及光的偏振特性影响，由于本文所生长的LED的p-GaN厚度一致，所以其光提取率主要受光偏振的影响。对于AlGaN1.5×105100I/mARelativeoutputpower/a.u.1.0×1055.0×10420406080（a）270nm290nm330nm100I/mANormalizedIQE/a.u.0.420406080（b）270nm290nm330nm00.60.81.00.20图3270/290/330nmLED在不同注入电流下的光功率(a)和归一化的外量子效率(b)曲线Fig．3Current-dependentoutputpower(a)andnormalizedEQE(b)ofthethreedeepUVLEDs
?VＲP=ISexpq［V(1+ＲS/ＲP)－IＲS］{}nkT，(1)其中ＲP是并联电阻，ＲS是串联电阻，IS是饱和电流，k是波尔兹曼常量，T为绝对温度［21］。对于AlGaN基深紫外LED，ＲP大约为1011，远大于ＲS，从而上式中的V/ＲP和ＲS/ＲP可以忽略，式(1)可以简化为:0.01-８６V/VI/A1E－41E鄄61E鄄81E鄄101E鄄1２-１０-６-４-２０２４８２７０nm２9０nm33０nm0.011E鄄61E鄄10I/A270nm290nm330nmⅠⅡ0２468V/V图4270/290/330nm3种深紫外LED的I-V特性曲线，插图是相对应的正向I-V曲线。Fig．4I-VcurvesofthethreedeepUVLEDsatroomtem-perature．Inset:correspondingforwardI-Vcurves．dVdI=ＲS+nkTqI．(2)在区域Ⅰ，270/290/330nmLED的理想因子分别为8．01，7．8，5;在区域Ⅱ，270nm和290nmLED的理想因子分别为4．05和3．92。所有的理想因子均大于2，如此大的理想因子不能用肖克莱扩散和复合模型来解释，而是由于在适中的正向电压下，3个LED均存在较大的电流隧穿过程。同时理想因子随着AlGaN量子阱中Al组分的降低而降低，这是由于较高Al组分的AlxGa1－xN材料会产生较高的位错密度［22］。为了进一步研究深紫外LED的光电特性和隧穿电流的物理机制，我们采用SilvacoAtlas软件计算出3种LED的能带图，如图5所示。在计算中，AlGaN/AlGaN和AlGaN/GaN的带偏比例设为0．5/0．5［23］，采用非完全电离模型计算离化电子和空穴浓度，电子和空穴的离化能分别为80meV和300meV。在求解泊松方程和载流子连续性方程时采用了载流子浓度和电场依赖的迁移率模型，并考虑了间接复合模型、表面复合模型、俄
【参考文献】：
期刊论文
[1]GaN-on-Si blue/white LEDs: epitaxy, chip, and package[J]. 孙钱,严威,冯美鑫,李增成,封波,赵汉民,杨辉. Journal of Semiconductors. 2016(04)
[2]基于液晶衬垫的OLED光萃取[J]. 杜帅,张方辉. 光电子·激光. 2016(04)
[3]半导体GaN基蓝光发光二极管的精确电学特性[J]. 李杨,冯列峰,李丁,王存达,邢琼勇,张国义. 光电子.激光. 2013(04)
[4]表面粗化对GaN基垂直结构LED出光效率的影响[J]. 樊晶美,王良臣,刘志强. 光电子.激光. 2009(08)
[5]高效率、高可靠性紫外LED封装技术研究[J]. 吴震,钱可元,韩彦军,罗毅. 光电子.激光. 2007(01)
本文编号：3397478
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