表面等离激元提高GaN基材料与器件发光效率研究

发布时间：2018-04-07 16:05

  本文选题：离子束沉积　切入点：Ag纳米粒子　出处：《吉林大学》2017年硕士论文

【摘要】：GaN基Ⅲ族氮化物材料的机械、化学和光电性能十分优良,是制备短波发光二极管(LED)、激光器(LD)以及光电探测器件的优选材料。但是,目前由于晶体缺陷、量子限制斯塔克效应(QCSE)以及droop效应等问题的存在,使得GaN基器件的发光效率并不理想。利用表面等离激元(SPs)耦合效应可以同时提高GaN基材料与器件的内量子效率和光提取效率,从而提高材料与器件的发光效率。本论文利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术制备了不同结构的GaN基材料与器件,并根据其特点,针对性的采用不同的金属结构产生SPs来提高其发光效率。具体内容如下:1、采用离子束沉积(IBD)技术与快速热退火相结合制备Ag纳米粒子。详细研究了不同制备条件对Ag纳米粒子的形貌及特性的影响,并且对Ag纳米粒子的抗氧化能力做出了分析。为后续其在GaN基发光器件的应用奠定基础。2、采用MOCVD技术在c面双抛蓝宝石衬底上制备了Ga极性的GaN基蓝光多量子阱(MQWs)和LED。首先研究了表面等离极化激元(SPPs)和局域表面等离激元(LSPs)对蓝光多量子阱发光效率的影响。研究表明:Ag薄膜产生的SPPs不能有效的提高多量子阱的发光效率;沉积时间为35s,600°C退火15min后形成的Ag纳米粒子产生的LSPs耦合效应使得蓝光多量子阱的室温PL积分强度增加了1.72倍;共振吸收峰与多量子阱的PL谱峰相一致且具有较大纵横比的Ag纳米粒子能够更好的提高多量子阱的发光效率。其次,创新性的提出采用极化诱导掺杂Al GaN作为p型层的蓝光LED结构,并且实现了表面等离激元提高其发光强度,避免了二次外延。3、采用MOCVD技术在c面双抛蓝宝石衬底上制备了N极性紫光LED。采用表面等离激元与表面粗化相结合的方法提高N极性紫光LED的发光强度。研究表明:腐蚀时间为60min,沉积Ag薄膜厚度为50nm的紫光LED样品的PL谱峰值强度相对参比样品增加了约4倍。4、采用MOCVD技术在c面双抛蓝宝石衬底上制备了Ga极性紫外光多量子阱样品。首先研究了Al薄膜产生的SPPs对紫外光多量子阱发光效率的影响。研究表明:在多量子阱表面制备的Al薄膜非常平坦,不能有效的发射SPPs所携带的能量,故这种结构不适合用来提高紫外光多量子阱的发光效率。然后研究了Ag纳米粒子的四偶极子共振模式对多量子阱发光效率的影响。研究表明:尺寸较大的Ag纳米粒子产生的四偶极子共振吸收峰较强,与多量子阱的耦合强度也较强,能使得多量子阱的发光强度得到更高倍数的提高。且随隔离层厚度的增加,LSPs的强度以指数形式衰减,其与多量子阱的耦合强度也随之迅速衰减。
[Abstract]:The mechanical, chemical and optoelectronic properties of GaN based 鈪，

本文编号：1719880