Si衬底上GaN基近紫外LED的缺陷控制及能带调控
发布时间：2021-05-22 05:56
GaN基近紫外发光二极管（Light Emitting Diode,LED）具有体积小、功耗低、寿命长、无毒无害等诸多方面的优点,可广泛应用于生物医疗、固化、杀菌消毒、防伪检测等领域,因此受到人们的广泛关注。为了大力推动近紫外LED的市场化,“低成本、大功率”是重要的发展方向。目前,Si衬底由于具有热导率高、成本低、大尺寸易于获得等优点,被认为是发展下一代“低成本、大功率”LED的最有潜力的衬底之一。尽管Si衬底上GaN材料的外延技术已取得一定的发展,但目前仍存在以下几个方面的问题,制约着Si衬底上近紫外LED性能的进一步突破:首先,Si与GaN之间的热失配易使GaN薄膜产生裂纹,从而导致器件失效;其次,Si与GaN之间的较大的晶格失配使GaN薄膜的位错密度偏高,而近紫外LED由于缺乏In的局域化效应,对位错等缺陷较长波长LED更为敏感;最后,有源区中的极化效应降低了载流子的输运及辐射复合效率,使得高光效的近紫外LED难以获得。为了获得Si衬底上高性能的近紫外LED器件,针对以上问题,本论文按照“基于无裂纹GaN的近紫外LED外延材料与芯片的制备”→“LED外延薄膜的缺陷控制”→“LE...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 GaN基 LED固态照明技术
1.2.1 III族氮化物材料的晶体结构和基本性质
1.2.2 LED的发光原理
1.3 GaN基近紫外LED外延材料及结构设计的研究进展
1.3.1 近紫外LED的衬底选择
1.3.2 Si衬底上GaN外延材料的研究进展
1.3.3 近紫外LED结构设计的研究进展
1.4 本论文的结构安排与研究内容
1.5 本论文的创新之处
第二章 外延生长与测试表征
2.1 MOCVD外延生长技术
2.1.1 MOCVD设备构造
2.1.2 原材料的选择
2.1.3 MOCVD化学反应动力学
2.2 测试表征方法
2.2.1 高分辨X射线衍射
2.2.2 透射电子显微镜
2.2.3 原子力显微镜
2.2.4 光学显微镜
2.2.5 拉曼光谱
2.2.6 电致发光
第三章 无裂纹GaN基 LED外延材料与芯片制备
3.1 引言
3.2 Si衬底上无裂纹GaN薄膜的生长
3.2.1 单层AlGaN缓冲层
3.2.2 步进AlGaN缓冲层
3.3 Si衬底上近紫外LED外延结构的生长
3.3.1 LED功能层的设计与生长
3.3.2 LED的发光波长调节
3.3.3 LED外延薄膜的检测与分析
3.4 Si衬底上垂直结构近紫外LED芯片的制备与研究
3.4.1 垂直结构近紫外LED芯片的制备
3.4.2 垂直结构近紫外LED芯片的性能表征
3.5 本章小结
第四章 近紫外LED外延薄膜的缺陷控制研究
4.1 引言
4.2 AlN低温形核层设计
4.2.1 突变的Si/AlN界面
4.2.2 形核层的温度对LED外延薄膜质量的影响
4.3 多周期高-低V/III外延层结构设计
4.3.1 表面愈合完全的AlN缓冲层
4.3.2 多周期高-低V/III外延层结构对LED外延薄膜质量的影响
4.4 LED外延薄膜的缺陷对其光电性能的影响
4.5 本章小结
第五章 近紫外LED结构的能带调控研究
5.1 引言
5.2 AlInGaN/GaN超晶格EBL设计
5.2.1 基于超晶格EBL的 LED光电性能的模拟
5.2.2 超晶格EBL结构增强载流子输运特性机制
5.2.3 LED外延薄膜及实际芯片性能表征
5.3 GaN/AlGaN/GaN梯形量子垒设计
5.3.1 基于梯形量子垒结构的LED光电性能的模拟
5.3.2 梯形量子垒结构增强载流子辐射复合效率机制
5.3.3 量子垒结构对MQWs质量及实际器件性能的影响
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3201111
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 GaN基 LED固态照明技术
1.2.1 III族氮化物材料的晶体结构和基本性质
1.2.2 LED的发光原理
1.3 GaN基近紫外LED外延材料及结构设计的研究进展
1.3.1 近紫外LED的衬底选择
1.3.2 Si衬底上GaN外延材料的研究进展
1.3.3 近紫外LED结构设计的研究进展
1.4 本论文的结构安排与研究内容
1.5 本论文的创新之处
第二章 外延生长与测试表征
2.1 MOCVD外延生长技术
2.1.1 MOCVD设备构造
2.1.2 原材料的选择
2.1.3 MOCVD化学反应动力学
2.2 测试表征方法
2.2.1 高分辨X射线衍射
2.2.2 透射电子显微镜
2.2.3 原子力显微镜
2.2.4 光学显微镜
2.2.5 拉曼光谱
2.2.6 电致发光
第三章 无裂纹GaN基 LED外延材料与芯片制备
3.1 引言
3.2 Si衬底上无裂纹GaN薄膜的生长
3.2.1 单层AlGaN缓冲层
3.2.2 步进AlGaN缓冲层
3.3 Si衬底上近紫外LED外延结构的生长
3.3.1 LED功能层的设计与生长
3.3.2 LED的发光波长调节
3.3.3 LED外延薄膜的检测与分析
3.4 Si衬底上垂直结构近紫外LED芯片的制备与研究
3.4.1 垂直结构近紫外LED芯片的制备
3.4.2 垂直结构近紫外LED芯片的性能表征
3.5 本章小结
第四章 近紫外LED外延薄膜的缺陷控制研究
4.1 引言
4.2 AlN低温形核层设计
4.2.1 突变的Si/AlN界面
4.2.2 形核层的温度对LED外延薄膜质量的影响
4.3 多周期高-低V/III外延层结构设计
4.3.1 表面愈合完全的AlN缓冲层
4.3.2 多周期高-低V/III外延层结构对LED外延薄膜质量的影响
4.4 LED外延薄膜的缺陷对其光电性能的影响
4.5 本章小结
第五章 近紫外LED结构的能带调控研究
5.1 引言
5.2 AlInGaN/GaN超晶格EBL设计
5.2.1 基于超晶格EBL的 LED光电性能的模拟
5.2.2 超晶格EBL结构增强载流子输运特性机制
5.2.3 LED外延薄膜及实际芯片性能表征
5.3 GaN/AlGaN/GaN梯形量子垒设计
5.3.1 基于梯形量子垒结构的LED光电性能的模拟
5.3.2 梯形量子垒结构增强载流子辐射复合效率机制
5.3.3 量子垒结构对MQWs质量及实际器件性能的影响
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3201111
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3201111.html
