【摘 要】
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GaN基发光二极管（LED）已得到广泛应用,但市场的快速增长对LED产品质量的要求越来越高。在GaN基发光二极管的外延生长过程中发现V形凹坑（V-pits）产生的势垒可以屏蔽位错,因此是提高LED发光效率的有效方法。同时,对于GaN基LED的应用,器件可靠性也非常重要。为此,本论文通过调整V-pits的外延生长来研究其对GaN基LED可靠性的影响;还对比分析了低温p型插入层技术,研究其对LED发光
【基金项目】
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国家自然科学基金（编号:61474096）；
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GaN基发光二极管（LED）已得到广泛应用,但市场的快速增长对LED产品质量的要求越来越高。在GaN基发光二极管的外延生长过程中发现V形凹坑（V-pits）产生的势垒可以屏蔽位错,因此是提高LED发光效率的有效方法。同时,对于GaN基LED的应用,器件可靠性也非常重要。为此,本论文通过调整V-pits的外延生长来研究其对GaN基LED可靠性的影响;还对比分析了低温p型插入层技术,研究其对LED发光效率的影响。本论文是在传统GaN蓝光LED工艺基础上进行外延生长工艺的分析,核心内容有:1、深度分析GaN基LED中V型凹坑（V-pits）的存在对器件抗静电性能（ESD）的影响。通过调整应力缓冲层中GaN势垒层厚度的生长,获得了不同尺寸V-pits的GaN基LED器件。分析结果表明,V-pits结构的尺寸在一百到两百纳米区间内,具有更大V-pits结构的GaN基LED器件具有更高的可靠性,-4000 V测试电压下,当V-pits尺寸增加时,样品ESD良率从4.23%提升至98.67%,ESD良率显著提高。V-pits在器件受到静电放电的时候,可以提供电流通道,增加电流通道分布密度,器件主要发光区的电流密度下降,继而发光区域中热击穿的概率被降低。V-pits侧壁量子阱的禁带宽度在正常工作电压下大于C面量子阱的禁带宽度,降低了 V-pits底端位错处载流子聚集的概率,从而器件的可靠性得到提升。2、分析GaN基LED中低温p型插入层对于元件性能所构成的影响。V-pits的存在对LED性能提升有正向作用,较大的V-pits结构需要高质量的p型覆盖层覆盖缺陷,从而获得平整的表面形貌。缺陷覆盖效果较好的高质量p型覆盖层,通常情况下要求维持大约1000℃。但是GaN基LED多量子阱有源层的生长温度一般在800℃左右,高质量p型覆盖层生长所需的温度明显高于多量子阱（MQW）有源层的生长温度。生长p型覆盖层的高温会对有源层的后几对量子阱中的铟含量和分布产生影响,使其发生分解和偏析。由于电子空穴迁移率和空穴注入效率的影响,靠近p型覆盖层的量子阱是GaN基LED的电子空穴辐射复合的主要区域。p型覆盖层的生长位置位于量子阱有源层之后,其生长所需的高温对靠近p型覆盖层的量子阱影响最大,从而对LED发光效率产生非常大的影响。通过引入低温p型插入层技术很好的解决了这一问题,相比没有低温p型插入层的样品,光效大幅度提升。本文对比研究了低温p型插入层的作用原理,通过调整分析低温p型插入层的生长时间、温度,得到了最优的生长条件。通过对GaN基LED中V型凹坑（V-pits）和低温p型插入层的外延生长及性能研究,可以得到高可靠性高光效GaN基LED外延片。采用此工艺制备的GaN基LED,抗静电性能和发光效率可以得到明显提升。相关研究对产业化外延生长具有一定的指导和参考意义。
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