改善氮化鎵基發(fā)光二極管發(fā)光效率及光萃取效率的研究.pdf

1、Ⅲ-Ⅴ族化合物被譽為是第三代半導(dǎo)體材料，其中由于氮化物具有寬的禁帶寬度、高電子遷移率、發(fā)光效率高以及頻率高等特點，被廣泛的應(yīng)用在藍、紫光發(fā)光二極管以及半導(dǎo)體激光器上。隨著發(fā)光材料技術(shù)的成熟，發(fā)光二極管以其長壽命、高效率、高亮度的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在交通信號燈、路燈以及大面積顯示屏等照明顯示行業(yè)，特別是氮化鎵基發(fā)光二極管的快速發(fā)展，以藍光發(fā)光二極管為基礎(chǔ)的白光照明與全彩顯示成為全球照明研發(fā)的熱點。發(fā)光二極管已經(jīng)有逐漸取代白熾燈的趨勢，這也預(yù)

2、示著半導(dǎo)體照明時代的來臨。但是目前氮化鎵基發(fā)光二極管主要存在兩個問題，一是在高電流的注入下，外量子效率會下降(droop效應(yīng))，二是氮化鎵的折射率較高，光萃取效率差。因此解決這兩個問題成為國內(nèi)外的研究熱點。
　　本論文的主要研究工作為：
　　1.研究不同成核層對發(fā)光二極管光電特性的影響。實驗采用傳統(tǒng)的有機金屬化學(xué)氣相沉積法生長氮化鎵和氮化鋁成核層以及物理沉積法生長氮化鋁成核層。通過對三組樣品的研究發(fā)現(xiàn)物理沉積法生長的氮化鋁成

3、核層外延后，晶體的品質(zhì)是最好的，尤其是(002)面搖擺曲線的半高寬可以達到200 arcsec以下。三組樣品都具有良好的二極管特性，在相同的正向電壓下物理沉積法生長的成核層樣品的電流較大，且-10 V逆向電壓下漏電流最小。同時此樣品的光輸出功率也明顯要高于其他兩組樣品。
　　2.研究量子阱厚度對發(fā)光二極管droop的影響。量子阱的厚度從2.4 nm一直變化至3.6 nm，經(jīng)過XRD的測量后發(fā)現(xiàn)所有樣品的銦成分均相同，且厚度與預(yù)期較

4、為符合。當(dāng)量子阱厚度從2.4 nm增加至2.7 nm時，量子阱對載流子的局限能力增加，繼續(xù)增加量子阱厚度，局限能力開始降低。樣品的發(fā)光波長會隨著量子阱厚度的增加而產(chǎn)生紅移。紅移現(xiàn)象越大代表樣品量子限制斯塔克效應(yīng)越明顯。Droop效應(yīng)的大小與量子阱厚度有明顯的關(guān)系，量子阱越厚，可容納的載流子數(shù)越多，droop的效應(yīng)越小。
　　3.研究TMIn預(yù)處理對藍綠光發(fā)光二極管光電特性的影響。TMIn預(yù)處理不會明顯的改變量子阱中銦的含量以及量子

5、阱的厚度，但是會使得氮化銦鎵層中的富銦區(qū)域明顯增多，導(dǎo)致發(fā)光二極管的發(fā)光波長紅移，且隨著時間的增加，紅移現(xiàn)象會越明顯。TMIn預(yù)處理不會改變樣品的I-V特性，但是可以改善發(fā)光二極管的droop效應(yīng)。
　　4.研究ZnO納米棒改善發(fā)光二極管光萃取效率。使用溶液法生長ZnO納米棒，通過改變生長溶液中組分的濃度，得到不同形貌的ZnO納米棒，并研究ZnO納米形貌對于光萃取效率的影響。本實驗生長的ZnO納米棒均呈現(xiàn)出沿c軸生長。生長溶液中氨