论文部分内容阅读
紫外光按波长可分为4个部分:UVA(320～400nm)、UVB(280～320nm)、UVC(200～320nm)、vacuumUV(10～200nm)，它在紫外固化、杀菌、鉴伪等领域都具有极强的应用性。目前市场上使用最广泛的紫外光源汞灯，其发热大、寿命短、光谱利用率低，而且其中的汞也对环境具有极强的破坏性。相较而言，紫外LED可覆盖200nm及以上的波段范围，能够替代80％以上的紫外光源市场，而且它更加耐用、材料安全、体积小、耗能少、性能好、方便定制，这些优点都是普通灯管所无法比拟的，因此也是取代传统紫外光源的最佳选择。然而，目前AlGaN基紫外LED的发光功率和效率还远不能令人们满意，其中一个主要原因在于外延生长的AlGaN掺杂困难，导致p型AlGaN的空穴浓度较低且电阻率较高。近年来，极化诱导掺杂技术的发现使高空穴浓度的AlGaN成为可能，它在紫外LED上的应用也值得去深入研究。本文针对以上问题，对紫外LED的外延结构进行了优化设计，通过理论结合实验的研究，有效的改善了紫外LED的性能，具体取得了如下具有创新意义的研究成果: (1)研究对比了极化诱导掺杂的AlGaN与普通掺杂的AlGaN作为p型层对紫外LED性能的影响。结果显示，采用极化诱导掺杂制作的p型层极大的提高紫外LED各方面的性能，这一方面是由于极化诱导掺杂极大的提高了p型层的空穴浓度，另一方面是由于其更加平滑的价带提高了空穴注入量子阱的效率。在这两方面共同的作用下，采用极化诱导掺杂的p型层明显提高了紫外LED的性能。另外，模拟结果表明，在采用极化诱导掺杂的p型层的情况下，去除EBL能够进一步的提高紫外LED的性能，这也有利于优化紫外LED的外延结构。 (2)研究了分段式极化诱导掺杂对紫外LED性能的影响。提出了折线型与锯齿型两种分段式极化诱导掺杂结构。模拟结果显示，采用分段式极化诱导掺杂的p型层能够更进一步的提升紫外LED的性能。它们均在电子阻挡与空穴注入MQWs两方面的性能上有所提升，从而提升了整个紫外LED的性能，解决了仅仅改变AlGaN中Al组分渐变程度的情况下提升紫外LED性能的瓶颈。其中，折线型通过综合采用高Al组分渐变程度与低渐变程度两种情况，能在既获得高p区空穴浓度的前提下又减缓了Al组分的渐变程度，从而获得了更好的紫外LED性能。而锯齿型则是通过重复渐变的模式来达到类似的效果，也获得了更好的紫外LED的性能。