GaN基LED光電特性的研究.pdf

1、GaN及其合金化合物(AlGaN、InGaN)因具有化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、禁帶寬度可調(diào)等特點，在微電子器件(如LEDs、LDs、HEMT)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在藍(lán)綠LED照明領(lǐng)域，GaN更是起到不可代替的作用。盡管目前通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(Metal-Organic Chemical Deposition，簡稱MOCVD)已經(jīng)可以制備出結(jié)晶質(zhì)量很高的LED芯片，但是其內(nèi)量子效率仍然較為低下。因此，深入了解LED內(nèi)部載流子的發(fā)光機(jī)理、

2、優(yōu)化LED結(jié)構(gòu)，在提高LED發(fā)光效率方面起到至關(guān)重要的作用。
　　在本論文中，我們利用Photoluminescence(PL)、Electroluminescence(EL)、I-V和Raman等測試手段，分別研究了低In組分InGaN/GaN準(zhǔn)超晶格下置層和低溫p-GaN插入層對藍(lán)綠InGaN/GaN基LED光電特性的影響。通過對樣品PL、EL的溫度依賴性、功率依賴性及其他測試結(jié)果的分析，探究InGaN/GaN準(zhǔn)超晶格下置層和

3、低溫p-GaN插入層對InGaN/GaN基LED的光電特性的影響機(jī)制。文章的主要內(nèi)容包括如下幾個方面:
　　(1).研究了有、無InGaN/GaN準(zhǔn)超晶格下置層樣品PL譜的激發(fā)功率依賴性。結(jié)果顯示，在插入InGaN/GaN準(zhǔn)超晶格下置層之后，樣品的激子發(fā)光峰峰位隨激發(fā)功率的增加上升較為緩慢。這是由于在插入InGaN/GaN準(zhǔn)超晶格下置層之后，量子阱內(nèi)部的應(yīng)力得到釋放，量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE)減小。因此，在激發(fā)功率增加過程中的

4、，載流子對QCSE的屏蔽作用并不顯著，從而導(dǎo)致了峰位上升減緩;
　　(2).研究了有、無InGaN/GaN準(zhǔn)超晶格下置層樣品PL譜的溫度依賴性。結(jié)果顯示，在插入InGaN/GaN準(zhǔn)超晶格下置層之后，樣品的激子發(fā)光峰峰位隨溫度變化的“S型”行為更加明顯，這說明樣品中的局域效果增強(qiáng)。這是由于在插入InGaN/GaN準(zhǔn)超晶格下置層之后，量子阱內(nèi)部的應(yīng)力得到釋放。當(dāng)應(yīng)力釋放后，晶體更趨向于不均一。因此，在InGaN量子阱內(nèi)部，更容易形成富

5、In區(qū)（相分離），并導(dǎo)致局域效果明顯增強(qiáng)。
　　(3).對有、無InGaN/GaN準(zhǔn)超晶格下置層兩樣品發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行了比較。通過比較我們發(fā)現(xiàn)，在插入InGaN/GaN準(zhǔn)超晶格下置層之后，樣品的發(fā)光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。這是因為在插入InGaN/GaN準(zhǔn)超晶格下置層后，樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)得到了改善:應(yīng)力得到釋放（局域效果增強(qiáng)）、QCSE降低，因此發(fā)光效率得以提高。
　　(4).研究了有、無低溫p-GaN插入層樣品的I-V特性。室溫300K下

6、，有低溫p-GaN的樣品的正向偏壓減小。這是由于在插入低溫p-GaN后，空穴的注入效率得到了明顯的提高。
　　(5).研究了低溫p-GaN插入層對量子阱中In組分的影響。結(jié)果顯示，兩樣品的PL測試結(jié)果沒有什么明顯不同，但是EL譜的差異卻較為明顯。這是由于低溫p-GaN插入層對有源區(qū)中最后一個量子阱中的In擴(kuò)散起到了一定的抑制作用。
　　(6).研究了低溫p-GaN插入層對樣品EL峰位的影響。結(jié)果顯示，隨著激發(fā)功率的增加，有低

7、溫p-GaN樣品的EL峰位上升較快。這顯示了低溫p-GaN插入層對In組分的擴(kuò)散有抑制作用，并使得QCSE增強(qiáng)。
　　(7).通過對有、無低溫p-GaN插入層樣品EQE測試結(jié)果的分析，我們發(fā)現(xiàn)在插入低溫p-GaN后，樣品的EQE在大電流下的值仍然較大，效率下降現(xiàn)象得到改善。我們認(rèn)為這是由于低溫p-GaN插入層有效改善了能帶結(jié)構(gòu)，使得阻止電子泄漏的有效勢壘高度增加。在這種情況下，電子更加不容易泄露到p型層中，空穴也更容易進(jìn)入到有源區(qū)