GaN基諧振腔結(jié)構(gòu)發(fā)光器件研究.pdf

1、GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料具有優(yōu)異的物理和化學(xué)特性，其合金材料的禁帶寬度在0.7-6.2eV之間連續(xù)可調(diào)，對(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)覆蓋紅外-可見(jiàn)-紫外光范圍且任一組分的合金均為直接帶隙，已被廣泛應(yīng)用于制作高效率半導(dǎo)體發(fā)光器件。尤其是藍(lán)綠光波段的發(fā)光器件，是國(guó)際研究的熱點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)和性能不斷得到優(yōu)化和提高。設(shè)計(jì)和制作新型結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件是提高器件性能的一種有效途徑。本論文圍繞GaN基諧振腔發(fā)光器件的研制，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料生長(zhǎng)、器件制作、性能測(cè)試等多方面進(jìn)行

2、了細(xì)致深入的研究工作，主要內(nèi)容和成果如下：
　　 1)通過(guò)計(jì)算和分析諧振腔結(jié)構(gòu)中DBR反射特性和光滲透深度，光場(chǎng)的駐波分布及器件的工作特性包括諧振模式、品質(zhì)因子、自發(fā)發(fā)射因子和光限制因子，為GaN基諧振腔發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制備提供了理論依據(jù)和參考。
　　 2)采用MOCVD方法制作出表面形貌良好的高反射率AlN/GaN DBR，與利用電子束蒸發(fā)技術(shù)制備的Ta2O5/SiO2介質(zhì)膜DBR相結(jié)合，成功地制備了GaN基復(fù)合諧

3、振腔發(fā)光器件并進(jìn)行了特性測(cè)量和分析。在光泵浦情況下，腔的品質(zhì)因子可達(dá)372，高于部分已報(bào)道的結(jié)果，表明制作的腔性能良好。對(duì)RCLED的電學(xué)性質(zhì)的分析說(shuō)明利用腔結(jié)構(gòu)可大大改善LED的器件性能，可明顯改善發(fā)光效率下降現(xiàn)象。
　　 3)采用MOCVD技術(shù)生長(zhǎng)了藍(lán)光和高In組分藍(lán)綠光的InGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)，HRXRD測(cè)試結(jié)果可以觀察到明顯的多量子阱衛(wèi)星峰，表明量子阱結(jié)構(gòu)具有較好的界面和晶體質(zhì)量。系統(tǒng)地研究了全介質(zhì)膜DBRs Ga

4、N基諧振腔發(fā)光器件制備中的關(guān)鍵工藝：通過(guò)優(yōu)化激光能量密度、光斑形狀以及鍵合參數(shù)，獲得了表面平整度良好的GaN外延層激光剝離條件；以高反射率介質(zhì)膜DBR作為反射鏡，利用鍵合及激光剝離技術(shù)，成功制備了全介質(zhì)膜DBR GaN基諧振腔發(fā)光器件，在室溫光泵條件下觀察到了GaN基諧振腔發(fā)光器件藍(lán)光和藍(lán)綠光激光發(fā)射，實(shí)現(xiàn)目前報(bào)導(dǎo)最長(zhǎng)波長(zhǎng)GaN基VCSEL的光泵浦激射，激射波長(zhǎng)為498.8nm。
　　 4)使用電鍍金屬基板進(jìn)行GaN外延層的薄膜