阱區(qū)結(jié)構(gòu)對硅襯底GaN基LED器件光電性能影響的研究.pdf

1、硅襯底GaN基LED因具有制造成本低、封裝工藝簡單、器件可靠性高等優(yōu)點，一直吸引著廣大學者的研究熱情。從2004年第一支實用水平藍光LED的研制成功，到2013年器件各項光電性能可與主流技術路線媲美，本實驗室硅襯底GaN基LED制造技術已日趨成熟。已逐步建立并優(yōu)化了硅襯底LED外延結(jié)構(gòu)，包括量子阱個數(shù)、阱壘周期厚度與摻雜、n型層摻雜、p型層摻雜等主體結(jié)構(gòu)特征。作為有源區(qū)的量子阱及其附近結(jié)構(gòu)對于LED器件的光電性能具有決定性作用，本文以前

2、期研究工作為基礎，通過進一步優(yōu)化量子阱cap層、低溫GaN準備層、p-AlGaN電子阻擋層以及p型層等緊鄰量子阱的各功能層（在此統(tǒng)稱這些功能層為阱區(qū)結(jié)構(gòu)）的參數(shù)來提升LED器件的光電性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過厚度改變，研究了量子壘生長中的cap層厚度對器件光電性能的影響，得出了以下結(jié)論：10? cap層樣品量子阱In組分更均勻，阱壘界面更清晰；工作電流密度下，10? cap層樣品相比于7?樣品具有更高的光功率、外量子效

3、率以及更低的工作電壓和半峰寬。效率的提升是由于量子阱壘界面變好對載流子能起到更好地限制作用，電壓的下降則是由于界面變好同時使得歐姆接觸電阻值降低了。因此，我們認為在該實驗中10? cap層厚度的量子阱對于提高器件的發(fā)光效率和各項光電性能具有積極意義。⑵通過改變藍光LED量子阱準備層中低溫GaN的厚度，研究了V-pits大小對于器件光電性能的影響。隨著V-pits尺寸的增大，外延薄膜中量子阱內(nèi)的In組分有所升高，量子阱應變明顯變小，馳豫度

4、顯著增大；V-pits尺寸越大，工作電流密度下光功率和外量子效率越高，效率衰減越小，工作電壓越小，漏電流越小。這主要得益于 V-pits具有屏蔽位錯和增加空穴注入的作用。同時我們注意到，漏電現(xiàn)象隨著 V-pits尺寸的繼續(xù)增加出現(xiàn)由降低到升高的轉(zhuǎn)折，主要是由于V-pits對位錯的屏蔽作用和V-pits增大會新增缺陷這兩種因素競爭的結(jié)果。硅襯底GaN基LED器件具有易于散熱、電流擴展好的優(yōu)點，因而我們制得器件的可靠性都很高，選取合適大小的

5、V-pits尺寸可以進一步減小老化光衰。⑶通過制備含有大V-pits的綠光LED器件，研究了量子阱后p-AlGaN電子阻擋層（EBL）厚度變化對器件光電性能的影響。隨著電子阻擋層厚度的增加，器件漏電得到了明顯抑制，工作電流密度時的EQE增加，效率衰減現(xiàn)象得到緩解。這是由于 V-pits側(cè)壁更厚的勢壘，有效阻擋了電子泄漏。低電流密度時，隨著EBL厚度增加，外量子效率先下降再升高，主要是受輻射復合效率增加和空穴注入效率降低兩種因素共同影響。

6、繼續(xù)增加EBL厚度時，由于有效空穴注入不足，外量子效率會降低，效率衰減現(xiàn)象變得更嚴重。因此，在本實驗中我們認為40nm p-AlGaN EBL有利于提升綠光LED器件各項光電性能。⑷通過設計不同的外延結(jié)構(gòu)，研究了量子阱后P型層厚度對硅襯底GaN基藍光LED器件光電性能的影響。P型層減薄后的樣品在工作電流密度下具有更高的光輸出功率、發(fā)光效率和更低的工作電壓，同時，反向漏電情況也得以改善。主要是由于P型層減薄區(qū)域更有利于空穴的注入，使得輻射