GaN基LED光电性能的研究
随着半导体固态照明技术的不断发展，发光二极管(Light-Emitting Diodes，LEDs)成为当前电子信息工业应用最为广泛的有源器件，而且高亮度LED在能量转换过程中仅释放少量的热量，具有高效、节能、环保和寿命长等优点，使其在动态显示、半导体照明领域有较好的应用前景。尽管如此，LED的光电性能仍然存在很大的提升空间，如何进一步提升LED的光电性能是目前固态照明领域中最具实际意义的研究课题之一。 本论文主要研究内容如下: 1.分析了p型氮化镓（Gallium Nitride，GaN）在LED外延结构中的重要地位，即为LED的电子空穴复合发光提供空穴。进而从p型GaN结构设计、生长条件以及热退火条件的优化三个方面对p型GaN进行了全面的探索与研究，提升其晶体质量及欧姆接触，从而改善整个LED的光电特性。之后，将超晶格结构引入p型GaN中，并对其进行了结构设计与生长条件的优化，使得p型层的空穴浓度得以提升，欧姆接触得到改善，大幅度提高了LED的发光效率。 2.提出了一种带有超晶格结构电子阻挡层（Electron Blocking Layer, EBL）的GaN基LED，并对其超晶格结构的材料组合、结构设计与生长条件进行了大量研究与探索。其中，通过对于p-AlGaN/GaN超晶格结构EBL中p-AlGaN与p-GaN的相对厚度的研究与优化，找到了其最佳厚度组合9nm/1 nm。这种结构设计不仅降低了LED正向工作电压，还有效地提高了LED的光输出效率和抗静电能力（Electro-Static Discharge，ESD）。 3.提出了一种带有光子晶体结构的LED，其光子晶体结构制备由p型GaN之上的p型超晶格结构刻蚀而成。首先，p型GaN层上生长超晶格结构既可以获得高的空穴浓度，从而增加电子空穴的复合发光效率，又可以增大空穴遂穿金属层和超晶格层的几率来降低p层的欧姆接触电阻;其次，通过在p型GaN层上的超晶格多层结构中制作光子晶体既可以保护p型GaN层不被损伤，又能显著地提高LED的出光功率。 4.系统地研究了不同Al组分的铝镓氮(Aluminum Gallium Nitride，AlGaN)薄膜的金属有机物气相外延沉积（Metal-organic Chemical Vapor Deposition）的生长，并对其进行了薄膜性能表征和Al组分的确认与修正。在不断优化的基础上实现更高质量更精确Al组分的AlGaN薄膜样晶的生长，对于生长紫外以及深紫外波段的LED而言意义重大。
发光二极管;氮化镓;光电性能;超晶格结构;电子阻挡层;气相外延沉积
东南大学
硕士
物理电子学
张雄
2014
中文
TN312.8
61
2015-05-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）