界面处理调控InGaN/GaN多量子阱结构光学性能的研究

发布时间：2023-01-28 11:13

　　In GaN/GaN多量子阱结构作为有源区广泛应用于蓝绿光发光二极管（LED）、半导体激光器（LD）等光电子器件。由于缺乏天然的GaN衬底,InN与GaN的物理化学性质又存在较大差异,使得生长高质量的InGaN/GaN多量子阱结构面临很大挑战,尤其是In组分较高的绿光波段。对LED或LD来说,注入的载流子在量子阱区域复合以实现电-光能量转换,能量转换效率的高低则与量子阱区域的质量密切相关。由此可以看出,多量子阱区域在整个器件结构中处于核心地位,高质量的InGaN/GaN多量子阱结构是获得高发光效率LED器件的前提和基础。低缺陷密度和陡峭的量子阱/垒界面则是高质量In GaN/GaN多量子阱结构的主要特征。为了获得高质量的InGaN/GaN多量子阱结构,本论文重点研究了GaN低温盖层厚度,以及GaN低温盖层生长过程中通入小流量H₂对InGaN/GaN多量子阱结构光学性质以及微观性能的影响,并在此基础上提出了两步法低温盖层生长工艺。为了改善量子阱/垒界面质量,在生长完GaN低温盖层之后,通入了小流量的H₂进行表面处理,并分析了H₂

【文章页数】：140 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 Ⅲ族氮化物材料的基本物理特性
        1.2.1 晶体结构
        1.2.2 能带结构
        1.2.3 三元及四元合金
        1.2.4 极化效应
    1.3 GaN基LED器件简介
        1.3.1 GaN基LED的主要发展历程
        1.3.2 GaN基多量子阱LED
        1.3.3 量子阱中的束缚量子态
        1.3.4 载流子的复合机制
        1.3.5 LED的发光效率
    1.4 GaN基LED中的缺陷
        1.4.1 点缺陷
        1.4.2 杂质
        1.4.3 复合缺陷
        1.4.4 位错
        1.4.5 V型坑
        1.4.6 堆垛层错与沟槽缺陷
    1.5 InGaN中的相分离和偏析
        1.5.1 相分离
        1.5.2 In偏析
    1.6 界面调控提高外延片质量的方法
        1.6.1 衬底/GaN界面
        1.6.2 GaN/量子阱界面
        1.6.3 量子阱/垒界面
    1.7 选题意义和研究内容
        1.7.1 选题意义
        1.7.2 研究内容
    参考文献
第2章 GaN基半导体材料的制备和表征
    2.1 引言
    2.2 GaN基材料常用的外延生长工艺
    2.3 MOCVD系统的主要组成部分
        2.3.1 反应室和加热系统
        2.3.2 气体输运系统
        2.3.3 尾气处理系统
    2.4 金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术
        2.4.1 MOCVD技术原理
        2.4.2 MOCVD主要工艺步骤
        2.4.3 MOCVD的在线监控
    2.5 半导体材料的表征方法
        2.5.1 光致发光测试
        2.5.2 X射线衍射测试
        2.5.3 原子力显微镜测试(AFM)
    2.6 本章小结
    参考文献
第3章 GaN低温盖层的生长工艺对多量子阱结构性能的影响
    3.1 引言
    3.2 GaN低温盖层厚度对多量子阱结构性能的影响
        3.2.1 实验部分
        3.2.2 结果与讨论
    3.3 生长GaN低温盖层中通入H_2对多量子阱结构的影响
        3.3.1 实验部分
        3.3.2 结果与讨论
    3.4 两步法生长GaN低温盖层对多量子阱性能的影响
        3.4.1 实验部分
        3.4.2 结果与讨论
    3.5 本章小结
    参考文献
第4章 量子阱/垒界面H_2处理对多量子阱结构性能的影响
    4.1 引言
    4.2 量子阱/垒界面的H_2处理
        4.2.1 实验部分
        4.2.2 结果与讨论
    4.3 H_2处理温度的影响
        4.3.1 实验部分
        4.3.2 结果与讨论
    4.4 本章小结
    参考文献
第5章 InGaN绿光量子阱的调制生长
    5.1 引言
    5.2 高In组分InGaN阱层的生长中断
        5.2.1 实验部分
        5.2.2 结果与讨论
    5.3 In处理
        5.3.1 实验部分
        5.3.2 结果与讨论
    5.4 本章小结
    参考文献
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
攻读博士期间所取得的科研成果
    发表的论文
    申请的专利
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of multiple interruptions with trimethylindium-treatment in the InGaN/GaN quantum well on green light emitting diodes[J]. 乔良,马紫光,陈弘,吴海燕,陈雪芳,杨浩军,赵斌,何苗,郑树文,李述体.  Chinese Physics B. 2016(10)



本文编号：3732529