基于条纹状蓝宝石衬底和硅衬底的GaN基LED的制备及性能研究

发布时间：2023-03-19 10:34

　　目前蓝宝石在LED市场中的应用范围变得越来越普遍,这归因于其较低的制造成本。尽管如此,GaN(氮化镓)薄膜和蓝宝石衬底之间较大的晶格失配(15%)和热膨胀系数失配(25%)导致高位错密度和残余应力,这严重降低了内部量子效率并影响GaN基LED的光学和电学性能。为了提高在蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜的性能,本文通过采用图形化衬底的方式来提高在衬底上生长的GaN的结晶质量以及通过寻找替代衬底的方式来改善GaN基LED的性能。本文通过飞秒激光刻蚀蓝宝石衬底形成条纹状得图形化蓝宝石衬底上,并在条纹状的图形化蓝宝石衬底上生长了具有更高结晶质量的的c面GaN外延层。通过SEM观察的表面形态揭示了条纹状凹槽的细节,这是改善结晶度的主要因素。通过测量XRD,我们得到条纹样品的FWHM为0.302°,远小于平面样品,而晶粒尺寸为31.3 nm,大于平面样品的晶粒大小。此外,通过拉曼光谱的测量,在GaN外延层中也发现了更小的压应力。与平面基板相比,条纹槽有助于减小晶格之间压应力并提高结晶质量。吸收光谱也证明了相同的结果。条纹PSS的带隙估计为3.43eV,与3.4 eV的理论值很接近。总之,通过飞秒激光烧...

【文章页数】：41 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 LED的发展历史
    1.2 GaN基 LED的概述
        1.2.1 GaN基 LED的制备及其结构
        1.2.2 GaN基 LED的发光原理
    1.3 GaN基 LED的性能表征
        1.3.1 GaN基 LED的光学性能
        1.3.2 GaN基 LED的电学性能
        1.3.3 GaN基 LED的热学性能
        1.3.4 GaN基 LED的力学性能
        1.3.5 GaN基 LED的可靠性性能
第2章 GaN基 LED的国内外研究进展
    2.1 基于传统衬底的GaN基 LED
        2.1.1 蓝宝石衬底
        2.1.2 碳化硅衬底
    2.2 基于新型衬底的GaN基 LED样品测试
        2.2.1 图形化蓝宝石衬底
        2.2.2 硅衬底
第3章 实验及表征手段
    3.1 条纹状图形化蓝宝石衬底GaN基 LED的制备
    3.2 硅衬底GaN基LED的制备
    3.3 表征手段
        3.3.1 X射线衍射(XRD)
        3.3.2 扫描电子显微镜(SEM)
        3.3.3 原子力显微镜(AFM)
        3.3.4 光致发光光谱(PL)
        3.3.5 电致发光光谱(EL)
        3.3.6 拉曼散射谱(Raman)
        3.3.7 结温测试仪
第4章 基于条纹状图形化蓝宝石衬底GaN基 LED性能分析
    4.1 条纹状PSS的表面微观形貌
    4.2 GaN外延片结晶质量及应力分析
        4.2.1 XRD表征测试
        4.2.2 Laman光谱表征测试
        4.2.3 吸收光谱表征测试
    4.3 条纹状蓝宝石衬底上GaN外延片光学性能分析
    4.4 本章小结
第5章 基于硅衬底GaN基 LED的性能分析
    5.1 硅衬底与蓝宝石衬底LED的结构对比分析
    5.2 硅衬底GaN基 LED热学性能研究
    5.3 硅衬底GaN基 LED可靠性性能研究
        5.3.1 高温高湿及冷热冲击测试
        5.3.2 老化测试
    5.4 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表论文情况



本文编号：3765095