有源区结构对硅衬底GaN基LED载流子输运及复合影响的研究
发布时间：2023-02-06 18:58
随着光效的不断提升,GaN基LED在固态照明、显示等领域获得了广泛应用,为全球节能减排作出了重大贡献。根据美国能源部最新的LED效率提升计划,红、黄、绿、蓝各色LED的电光转换效率最终都要达到86%。目前各色LED光效与目标值均有差距,尤其是受制于“绿光鸿沟”问题的黄绿波段,差距巨大。在解决“绿光鸿沟”方面,近年来南昌大学国家硅基LED工程技术研究中心取得了很大进展,研发的硅基绿光LED(520 nm)电光转换效率超过45%(20 A/cm2),硅基黄光LED(565 nm)电光转换效率接近30%(20A/cm2),达到国际领先水平。然而与最终目标相比,光效还有很大提升空间。本文在国家硅基LED工程技术研究中心的技术平台以及对V形坑机理已有认识的基础上,通过改变含V形坑硅基LED的有源区结构,研究了载流子输运和复合的调控方法与机理,逐步形成了“疏堵结合、加强阱间交互”的载流子调控思路,藉以提升载流子在有源区中的利用率,提升器件内量子效率,改善效率droop,并设计了与之对应的有源区新结构。取得的主要研究成果如下:1.通过对比有无V形坑的硅基绿光LED样品发现,在n-GaN上生长InGa...
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 Ⅲ族氮化物概述
1.1.1 GaN基材料与器件的研究意义
1.1.2 GaN基材料基本结构和性质
1.1.3 GaN基材料中的极化现象
1.2 GaN基LED技术
1.2.1 GaN基LED的发展历史
1.2.2 GaN基LED的发光原理
1.2.3 GaN基LED衬底选择
1.2.4 硅衬底GaN基LED典型外延结构
1.2.5 硅衬底GaN基LED芯片工艺
1.3 GaN基LED发光效率与载流子输运及复合
1.3.1 GaN基LED几种发光效率定义
1.3.2 GaN基LED载流子复合机制
1.3.3 GaN基LED载流子输运机制
1.3.4 GaN基LED效率击droop机制
1.4 V形坑与载流子分布
1.4.1 V形坑起源及调控
1.4.2 V形坑调控载流子在有源区中分布
1.4.3 基于含V形坑LED外延结构的优化思路
1.5 本论文的研究内容及行文安排
第2章 V形坑对InGaN/GaN绿光LED外延生长及载流子注入的影响
2.1 V形坑对InGaN/GaN绿光多量子阱LED的应力释放、In并入及光电性能的影响
2.1.1 实验
2.1.2 结果与讨论
2.1.3 小结
2.2 V形坑增强空穴注入及导致的空穴泄漏对InGaN/GaN多量子阱绿光LED光电性能的影响
2.2.1 实验
2.2.2 结果与讨论
2.2.3 小结
第3章 限制阱和发光阱混合的有源区结构对载流子输运及复合的影响
3.1 引言
3.2 实验
3.3 结果与讨论
3.3.1 载流子限制阱和载流子发光阱对混合有源区晶体质量的影响
3.3.2 EL和PL光谱研究载流子在混合有源区中输运及复合特性及其对器件光电性能的影响
3.4 本章小结
第4章 类三明治InGaN/GaN多量子阱结构提升载流子阱间交互作用
4.1 引言
4.2 实验
4.3 结果与讨论
4.3.1 类三明治有源区结构改变发光阱对应的量子垒厚度对微观结构性能的影响
4.3.2 类三明治有源区结构改变发光阱对应的量子垒厚度对LED器件性能的影响
4.4 本章小结
第5章 硅衬底GaN基绿光LED有源区中非辐射复合机制对器件外量子效率的影响
5.1 引言
5.2 实验
5.3 结果与讨论
5.3.1 缺陷相关的非辐射复合对硅衬底GaN基绿光LED在小电流下外量子效率的影响
5.3.2 电子泄漏相关的非辐射复合对硅衬底GaN基绿光LED在大电流下外量子效率的影响
5.4 本章小结
第6章 量子垒掺Si个数对InGaN/GaN黄光LED载流子输运的影响
6.1 引言
6.2 实验
6.3 结果与讨论
6.3.1 量子垒掺Si个数对高In组分InGaN/GaN多量子阱晶体质量的影响
6.3.2 量子垒掺Si个数对室温下黄光LED光学性能的影响
6.3.3 量子垒掺Si个数对室温下黄光LED电学性能的影响
6.3.4 量子垒掺Si个数对低温下黄光LED光学性能的影响
6.4 小结
第7章 总结和展望
7.1 结论
7.2 进一步工作的方向
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
本文编号：3736434
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 Ⅲ族氮化物概述
1.1.1 GaN基材料与器件的研究意义
1.1.2 GaN基材料基本结构和性质
1.1.3 GaN基材料中的极化现象
1.2 GaN基LED技术
1.2.1 GaN基LED的发展历史
1.2.2 GaN基LED的发光原理
1.2.3 GaN基LED衬底选择
1.2.4 硅衬底GaN基LED典型外延结构
1.2.5 硅衬底GaN基LED芯片工艺
1.3 GaN基LED发光效率与载流子输运及复合
1.3.1 GaN基LED几种发光效率定义
1.3.2 GaN基LED载流子复合机制
1.3.3 GaN基LED载流子输运机制
1.3.4 GaN基LED效率击droop机制
1.4 V形坑与载流子分布
1.4.1 V形坑起源及调控
1.4.2 V形坑调控载流子在有源区中分布
1.4.3 基于含V形坑LED外延结构的优化思路
1.5 本论文的研究内容及行文安排
第2章 V形坑对InGaN/GaN绿光LED外延生长及载流子注入的影响
2.1 V形坑对InGaN/GaN绿光多量子阱LED的应力释放、In并入及光电性能的影响
2.1.1 实验
2.1.2 结果与讨论
2.1.3 小结
2.2 V形坑增强空穴注入及导致的空穴泄漏对InGaN/GaN多量子阱绿光LED光电性能的影响
2.2.1 实验
2.2.2 结果与讨论
2.2.3 小结
第3章 限制阱和发光阱混合的有源区结构对载流子输运及复合的影响
3.1 引言
3.2 实验
3.3 结果与讨论
3.3.1 载流子限制阱和载流子发光阱对混合有源区晶体质量的影响
3.3.2 EL和PL光谱研究载流子在混合有源区中输运及复合特性及其对器件光电性能的影响
3.4 本章小结
第4章 类三明治InGaN/GaN多量子阱结构提升载流子阱间交互作用
4.1 引言
4.2 实验
4.3 结果与讨论
4.3.1 类三明治有源区结构改变发光阱对应的量子垒厚度对微观结构性能的影响
4.3.2 类三明治有源区结构改变发光阱对应的量子垒厚度对LED器件性能的影响
4.4 本章小结
第5章 硅衬底GaN基绿光LED有源区中非辐射复合机制对器件外量子效率的影响
5.1 引言
5.2 实验
5.3 结果与讨论
5.3.1 缺陷相关的非辐射复合对硅衬底GaN基绿光LED在小电流下外量子效率的影响
5.3.2 电子泄漏相关的非辐射复合对硅衬底GaN基绿光LED在大电流下外量子效率的影响
5.4 本章小结
第6章 量子垒掺Si个数对InGaN/GaN黄光LED载流子输运的影响
6.1 引言
6.2 实验
6.3 结果与讨论
6.3.1 量子垒掺Si个数对高In组分InGaN/GaN多量子阱晶体质量的影响
6.3.2 量子垒掺Si个数对室温下黄光LED光学性能的影响
6.3.3 量子垒掺Si个数对室温下黄光LED电学性能的影响
6.3.4 量子垒掺Si个数对低温下黄光LED光学性能的影响
6.4 小结
第7章 总结和展望
7.1 结论
7.2 进一步工作的方向
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
本文编号：3736434
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3736434.html
