含V形坑的Si襯底GaN基藍(lán)光LED發(fā)光性能研究.pdf

1、分類號(hào)：密級(jí)：UDC：學(xué)號(hào)：355705210002南昌大學(xué)博士研究生學(xué)位論文含V形坑的形坑的Si襯底襯底GaN基藍(lán)光基藍(lán)光LED發(fā)光性能研究發(fā)光性能研究StudyontheLuminescencePropertiesofVpitcontainingGaNBasedBlueLEDsonSiSubstrates吳小明培養(yǎng)單位（院、系）：南昌大學(xué)國(guó)家硅基LED工程技術(shù)研究中心指導(dǎo)教師姓名、職稱：江風(fēng)益教授指導(dǎo)教師姓名、職稱：劉軍林研究員申請(qǐng)

2、學(xué)位的學(xué)科門類：工學(xué)學(xué)科專業(yè)名稱：材料物理與化學(xué)論文答辯日期：2014年12月17日答辯委員會(huì)主席：評(píng)閱人：2014年12月日摘要II摘要InGaNLED中位錯(cuò)密度達(dá)1081010cm2卻具有很高的發(fā)光效率。對(duì)此學(xué)術(shù)界有兩種解釋：一種認(rèn)為載流子被限制在InGaN量子阱的富In局域態(tài)中，避免了非輻射復(fù)合；另一種認(rèn)為，量子阱生長(zhǎng)時(shí)在位錯(cuò)處形成V形坑，坑中側(cè)壁量子阱的禁帶寬度比平臺(tái)量子阱大數(shù)百meV，在位錯(cuò)周圍對(duì)載流子形成勢(shì)壘，避免載流子靠近

3、位錯(cuò)而被捕獲。這兩種理論均能在一定程度上解釋GaN基LED的發(fā)光行為。然而，局域態(tài)的解釋提出多年，卻未有對(duì)局域態(tài)實(shí)現(xiàn)調(diào)控的報(bào)道；相比之下，V形坑則具有更強(qiáng)的可控性。雖然文獻(xiàn)提出V形坑的形成可抑制非輻射復(fù)合，但V形坑對(duì)器件光電性能影響的研究卻并不透徹。在此背景下，本文在Si襯底上生長(zhǎng)了GaN基藍(lán)光LED外延材料，結(jié)構(gòu)依次為：緩沖層、N型GaN層、準(zhǔn)備層（含低溫GaN層、超晶格層、電子注入層）、多量子阱、PAlGaN、V形坑合并層和PGaN

4、接觸層，選擇V形坑作為主要研究對(duì)象，所做的工作以及取得的研究成果包括：1.研究了Si襯底GaN中V形坑的產(chǎn)生和合并。（1）對(duì)V形坑的產(chǎn)生：實(shí)驗(yàn)表明在高溫N層GaN后生長(zhǎng)一層低溫GaN可產(chǎn)生V形坑，且V形坑尺寸隨該層厚度的增加而變大；同溫同厚度時(shí)，In0.02Ga0.98NGaN超晶格比單層低溫GaN所形成的V形坑尺寸要??；AFM測(cè)得的V形坑密度，約為基于高分辨XRD搖擺曲線所計(jì)算的位錯(cuò)密度的一半。（2）對(duì)V形坑的合并：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，升高

5、生長(zhǎng)溫度、減慢生長(zhǎng)速率以及H2氣氛下有利于V形坑的合并。2.發(fā)現(xiàn)并解釋了V形坑側(cè)壁量子阱的電致發(fā)光（EL）現(xiàn)象。在含有V形坑的器件結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)了低溫生長(zhǎng)的AlGaN電子阻擋層（EBL）重?fù)組g和不摻Mg的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)樣品進(jìn)行了二次離子質(zhì)譜（SIMS）、透射電子顯微鏡（TEM）以及變溫變電流EL測(cè)試。（1）側(cè)壁量子阱EL的產(chǎn)生：EBL不摻Mg樣品中的低溫（≤150K）EL光譜中在主峰的短波長(zhǎng)側(cè)出現(xiàn)一寬發(fā)光峰，峰形同已報(bào)道的側(cè)壁量子阱的PL

6、結(jié)果相符。根據(jù)TEM測(cè)試，低溫AlGaNEBL在V形坑側(cè)壁比c面薄。據(jù)此提出EBL不摻Mg增加了流經(jīng)V形坑的空穴電流比例，將該發(fā)光峰歸結(jié)為V形坑側(cè)壁量子阱的EL峰。據(jù)作者所知，這是對(duì)側(cè)壁量子阱EL的首次報(bào)道。（2）側(cè)壁量子阱EL峰形的展寬：在小電流密度段側(cè)壁量子阱EL峰形隨著電流密度的增大逐漸向短波長(zhǎng)展寬，當(dāng)電流密度增大至一定值時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。針對(duì)這一現(xiàn)象，提出了器件的等效電路模型，結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道的V形坑中側(cè)壁量子阱禁帶寬度不一致這一特性，提