硅襯底氮化鎵基藍(lán)光LED發(fā)光特性研究.pdf

1、氮化鎵(GaN)基發(fā)光二極管(LED)以其發(fā)光效率高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)已在普通照明應(yīng)用中推廣,而單晶硅是目前工藝最成熟,價(jià)格最便宜,能獲尺寸最大的半導(dǎo)體材料,因此在Si襯底上外延生長(zhǎng)GaN薄膜已經(jīng)成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn),并逐步走向成熟。GaN基LED工作在較高的注入電流密度下時(shí),發(fā)光的量子效率會(huì)隨著電流密度的增大而下降(droop效應(yīng)),如何解決droop效應(yīng),降低LED在普通照明應(yīng)用中的成本,已成為目前國(guó)內(nèi)、外亟待攻克的難關(guān)。本論文利

2、用MOCVD在Si襯底上制備GaN基LED樣品,主要在以下五個(gè)方面研究了LED的發(fā)光特性:
　　 1、研究了壓電極化對(duì)LED發(fā)光峰的影響。由在Si襯底生長(zhǎng)的GaN基單阱和多阱藍(lán)光樣品發(fā)光的變溫電致發(fā)光(EL)譜顯示:在壓電極化不會(huì)被屏蔽的低電流密度注入下,LED的發(fā)光波長(zhǎng)隨著工作溫度下降出現(xiàn)紅移,表明壓電極化對(duì)LED發(fā)光主波長(zhǎng)的影響超過了量子阱的禁帶帶隙隨溫度下降而增大的影響幅度。結(jié)果還顯示單量子阱(單阱)LED阱中受到的壓電極

3、化強(qiáng)度比多量子阱(多阱)中的更大。
　　 2、droop效應(yīng)的主因不是俄歇復(fù)合而是載流子溢出。將樣品LED實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的曲線用ABC模型擬合后發(fā)現(xiàn),即使是俄歇復(fù)合系數(shù)取值比理論結(jié)果大幾個(gè)數(shù)量級(jí),在高電流密度注入時(shí),擬合結(jié)果曲線還是高于實(shí)驗(yàn)曲線,且差距隨注入電流密度的增大而變大,但實(shí)驗(yàn)曲線能與假定載流子泄漏為droop效應(yīng)的主因而擬合的曲線相吻合。
　　 3、研究了載流子填充與LED發(fā)光量子效率的關(guān)系。由不同溫度下單阱LE

4、D發(fā)光的內(nèi)量子效率與主波長(zhǎng)注入電流密度的變化對(duì)比、多阱與單阱LED之間發(fā)光的量子效率和主波長(zhǎng)隨注入電流密度變化的對(duì)比顯示:電子在阱中被填充在高能態(tài)后造成泄漏是載流子溢出的主要方式。
　　 4、以變溫EL光譜研究了載流子在LED量子阱中的分布不均衡對(duì)LED發(fā)光效率的影響,分析了低溫下droop效應(yīng)嚴(yán)重的原因。高質(zhì)量外延層的多量子阱LED變溫EL光譜結(jié)果顯示:溫度的降低會(huì)阻礙電流擴(kuò)展和降低空穴濃度,使電子在阱中局部區(qū)域的濃度很高,這

5、些區(qū)域中的電子由于填充效應(yīng)容易越過LED中的勢(shì)壘而溢出,從而使LED產(chǎn)生嚴(yán)重droop效應(yīng)。這些結(jié)果表明引起droop效應(yīng)關(guān)鍵是由于載流子在阱中的分布不均衡而溢出。
　　 5、研究了LED出射光譜的主要發(fā)光阱位置隨溫度、注入電流密度的變化而發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象。由不同位置壘中摻雜Si樣品發(fā)光主峰隨溫度下降、注入電流密度增大而發(fā)生變化的結(jié)果表明:在工作溫度較高且電流密度較小的條件下多阱LED的發(fā)光由較多個(gè)阱貢獻(xiàn),而隨著溫度的降低或注入電