GaN基藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)的設(shè)計.pdf

1、近年來，GaN基發(fā)光二極管(light-emitting diodes，LEDs)作為新一代固態(tài)照明光源得到了迅猛的發(fā)展。目前GaN基藍(lán)光LED始終被熱烈討論和研究，人們所研究的熱點為嚴(yán)重的極化效應(yīng)及在大電流注入下的“效率下降”現(xiàn)象，它們都在很大程度上影響了發(fā)光二極管的光電性能。
　　在三族氮化物中，有源區(qū)的極化效應(yīng)會產(chǎn)生強(qiáng)大的極化電場，它會極大地改變LED的能帶結(jié)構(gòu)。尤其是在有源區(qū)的量子阱中，能帶發(fā)生傾斜，電子和空穴分開分別局限

2、于量子阱兩側(cè)，使得載流子參與輻射復(fù)合而發(fā)光的機(jī)會大大減小，因此降低了量子阱的發(fā)光效率。極化效應(yīng)會使LED的發(fā)光波長發(fā)生紅移，從而降低通過光譜所得材料組分的準(zhǔn)確度;極化效應(yīng)還會增強(qiáng)量子阱結(jié)構(gòu)對阱寬和壘厚的依賴性。
　　在高電流注入下，雖然可用于發(fā)光的載流子數(shù)目增加了，但LED的發(fā)光效率并沒有隨著注入電流的增加有所提高反而呈下降的趨勢，效率下降問題已經(jīng)成為限制LED發(fā)展的一個瓶頸。許多研究指出，導(dǎo)致效率下降的原因可能是極化效應(yīng)、電子泄

3、露、差的空穴注入、外延缺陷、俄歇復(fù)合等。因此，在高電流注入下，LED的發(fā)光效率受到了極大地限制。
　　到目前為止，已經(jīng)有很多優(yōu)秀的研究團(tuán)隊對如何減小氮化物的極化電場及如何改善在高注入電流下的效率下降現(xiàn)象進(jìn)行研究，期望有效改善LED的光電性能。本論文將繼續(xù)尋找減小極化效應(yīng)及改善效率下降的LED器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。本論文的研究重點在于如何有效減小InGaN LED的極化效應(yīng)及有效改善效率下降現(xiàn)象，具體的研究內(nèi)容和研究成果主要包括:

4、>　　1.研究In組分梯度漸變多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)對InGaN藍(lán)光LED光電性能的影響。模擬結(jié)果表明，In組分梯度漸變MQW結(jié)構(gòu)能夠有效地減小LED有源區(qū)的極化效應(yīng)，使得電子與空穴的波函數(shù)重疊率提高，提高輻射復(fù)合率，從而提高內(nèi)量子效率，所以LED器件的輸出功率大大地增強(qiáng)了。此外，效率下降現(xiàn)象和發(fā)光波長的穩(wěn)定性也得到了顯著的改善。
　　2.通過對LED中電子阻擋層(EBL)的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，研究新設(shè)計的EBL對InGaN/GaN

5、藍(lán)光LED光電性能的影響，并對新設(shè)計的EBL結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)地優(yōu)化，找出最佳設(shè)計方案。模擬結(jié)果表明，新設(shè)計的EBL結(jié)構(gòu)通過修剪極化，能夠有效減小LB/EBL界面的極化效應(yīng)，增強(qiáng)空穴注入效率和電子束縛能力，從而改善效率下降現(xiàn)象，提高藍(lán)光LED的光電學(xué)性能。
　　3.通過對LED有源區(qū)的壘厚進(jìn)行設(shè)計，研究不同壘厚設(shè)計對LED發(fā)光性能的影響。本文提出了用從n邊到p邊逐漸減小壘厚的結(jié)構(gòu)取代相等壘厚的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在靠近n-GaN層采用較厚的壘用于