倒裝紅光LED結(jié)構(gòu)優(yōu)化與外延生長.pdf

1、20世紀(jì)90年代初，隨著紅、橙、黃色AlGaInP高亮度LED(Lighter emittingDiode發(fā)光二極管)的實(shí)用化，揭開了LED發(fā)展新篇章。由于LED具有功耗低、體積小、壽命長、驅(qū)動電壓低、發(fā)光效率高、堅(jiān)固耐用以及單色性佳等優(yōu)點(diǎn)，這些高亮度LED已在很多領(lǐng)域上吸引著人們的興趣，例如全色彩屏幕顯示器、汽車用燈、背光源、交通信號燈、景觀照明等。近年來這些高亮LED開始取代傳統(tǒng)的白熾燈和鹵素?zé)?，基于LED的固態(tài)照明正引發(fā)人類照明史

2、上的又一次偉大革命。但由于其發(fā)光效率仍然不夠高，不足以取代熒光燈。因此，如何進(jìn)一步提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率，將LED內(nèi)部產(chǎn)生的光提取出來，對于高亮度LED而言，是一個(gè)最主要技術(shù)瓶頸。 本論文圍繞新型倒裝發(fā)光二極管進(jìn)行了深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，通過理論計(jì)算、材料生長實(shí)驗(yàn)及測試、器件制備和測試等對MOCVD生長條件和AlGaInP紅光LED的外延結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。本文的主要研究工作歸納如下： 首先介紹了LED的工作原理和現(xiàn)階段

3、紅光LED的典型結(jié)構(gòu)，分別從內(nèi)量子效率和外量子效率兩個(gè)方面分析了目前紅光LED存在的主要問題；其次介紹了AlGaInP材料的外延制備設(shè)備——MOCVD系統(tǒng)的原理和應(yīng)用；再次從材料生長和外延結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面對倒裝紅光LED進(jìn)行系統(tǒng)的研究。 在材料生長方面：研究了與GaAs襯底匹配的AlGaInP材料的MOCVD生長，失配度可控制在+1000ppm以內(nèi)：研究了p型AlGaInP限制層對發(fā)光效率影響，確定了p型AlGaInP限制層的摻雜濃

4、度為1～2×1018cm-3；研究了V/III比對AlGaInP材料生長的影響，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)降低V/III比，將有助于改善材料的匹配度，提高材料質(zhì)量和外延片的均勻型；理論分析了GaP窗口層的作用和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，研究了GaP窗口層分層摻雜Cp2Mg的方法，包括溫度和V/III對摻雜特性的影響。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面：研究了n型歐姆接觸層的選擇，發(fā)現(xiàn)增加GaAs層作為歐姆接觸層時(shí)，器件電壓可從原來4V降低到3V左右；研究了GaInP腐蝕停層的厚度

5、與腐蝕速率之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)厚度為60nm時(shí)腐蝕效果最佳；優(yōu)化了n型(Al0.7Ga0.3)0.5in0.5P的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P的厚度為2500nm，并且中間增加一層25nm的GaInP時(shí)，器件結(jié)果要好于其他情況。 最后將我們設(shè)計(jì)的外延結(jié)構(gòu)制備成器件。通過與常規(guī)AlGaInP吸收襯底LED(AS-LED)和帶有DBR的AlGaInP吸收襯底LED(AS-LED(DBR))電、光特性的比較，證

6、明新型全方位反射AlGaInP薄膜LED結(jié)構(gòu)能極大提高亮度和效率。在20mA的正向電流下，ODR-LED的光輸出功率和流明效率分別是AS-LED的3.2倍和2.2倍，是AS-LED(DBR)的2倍和1.5倍。ODR-LED(20mA下峰值波長627nm)的軸向光強(qiáng)達(dá)到194.3mcd，是AS-LED(20mA下峰值波長624nm)軸向光強(qiáng)的2.8倍，是AS-LED(DBR)(20mA下峰值波長623nm)軸向光強(qiáng)的1.6倍，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先