论文部分内容阅读
GaN基半导体发光二极管(light-emittingdiodes，LEDs)作为新一代固态照明光源，由于其低碳节能，在近年来得到迅猛发展。若使LED照明进一步得到推广应用，提高LED发光效率是当前首要任务。目前，LED发光效率在广大学者的研究下已得到较大提高，但是在大注入电流下的效率DROOP问题还没有得到解决，并且随着LED发光效率的提高，效率DROOP问题越来越凸显，成为限制LED发光效率提高的一个瓶颈。本文采用金属有机化合物气相沉积(metalorganicchemicalvapordeposition，MOCVD)法生长了不同结构的GaN基蓝光LED，研究了Mg掺杂浓度、极化效应以及空穴注入效率对LED发光效率的影响。主要研究内容如下： 1.研究了AlGaN电子阻挡层(electronblockinglayer，EBL)的Mg掺杂浓度对LED发光效率的影响。我们用MOCVD生长了具有不同Mg掺杂浓度的电子阻挡层的四个LED样品，电子阻挡层生长过程中的Cp2Mg流量分别为40、80、120、160、180sccm。实验结果显示当Mg流量为120sccm时，LED具有最低的工作电压及最高的发光效率。Mg掺杂浓度的增加能提高空穴浓度，增强空穴注入效率，从而提高LED的发光效率。但是当Mg掺杂浓度较高时，由于Mg原子可能会带来自补偿效应、增强的缺陷散射以及Mg原子向量子阱中扩散导致的非辐射复合增强等负面影响，导致L，ED的发光效率下降。 2.利用MOCVD法生长了具有三角形量子阱结构的LED。测试显示，当注入电流增加到350mA时，矩形量子阱LED的发光效率DROOP为40.4％，而三角形量子阱LED的效率DROOP为26.93％。同时矩形量子阱LED的电致发光波长蓝移4nm，三角形量子阱LED的电致发光波长只蓝移0.7nm，并在注入电流达到200mA后开始红移。反偏光致发光谱测试显示，矩形量子阱LED随反偏电压的增加波长蓝移12nm，三角形量子阱LED的波长没有发生蓝移，表明三角形量子阱LED中极化效应对能带弯曲的影响较弱。 3.利用极化效应实现了Al组分渐变的AlGaN单层的p型掺杂。利用MOCVD法在AlN模板上生长了Al组分沿(0001)方向从x0线性渐变到0的p-AlGaN层。与在相同条件下生长的p-GaN相比，极化掺杂的p-AlGaN的空穴浓度得到明显提高(2.6×1018/cm3)。由于该高浓度的感应空穴由电场电离产生，而非热电离，因此没有温度依赖性。当温度降低到100K时，其空穴浓度仍高达1017/cm3。 4.利用极化掺杂提高蓝光LED的发光效率。我们用Apsys软件对极化掺杂LED进行了理论模拟。模拟结果显示，在极化掺杂LED的量子阱中具有提高的空穴浓度，其内量子效率也得到显著提高，且随着电流的增大，发光效率基本没有发生衰减。随后用MOCVD生长极化掺杂的LED证明，和传统结构LED相比，极化掺杂LED的发光效率确有明显提高。随后研究了渐变AlGaN层的Al组分和厚度对极化掺杂LED发光效率的影响。当Al组分从0.2线性渐变到0时，LED的发光效率达到最高值。当Al组分继续增加，LED的发光效率开始下降。随着渐变AlGaN层厚度的降低，LED的发光效率持续提高。 5.利用Apsys模拟软件从理论上研究了具有p-InGaN插入层的LED的发光效率。与传统结构的LED相比，具有p-InGaN插入层的LED内量子效率和光功率均显著提高。根据能带计算结果，p-InGaN层由于极化导致能带弯曲，费米能级低于价带顶，说明在p-InGaN层具有很高的空穴浓度，这将促进空穴向量子阱中的注入。模拟空穴分布证实，具有p-InGaN插入层的LED，其量子阱中的空穴浓度比传统LED要高得多。