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如何提高高亮度发光二极管(HB-LED)的亮度是一项极具理论和经济效益的课题。实践证明,通过改变器件结构可以大大提高HB-LED的亮度。 本论文结合完成的超高亮度发光二极管半工业化实验项目,提出了改进的HB-LED器件结构,提高了LED亮度。采用p-N渐变异质结替代现行的p-N突变异质结,不仅有效提高了发光亮度,而且改善了器件质量。 本文从理论上分析此结构改进的合理性和有效性,得到一系列地结论。并且用双层突变拟合渐变方式进行芯片生长,实验结果符合理论分析。 本文还针对高亮度发光二极管的器件结构中重要的双异质结结构(DH)和多量子阱(MQW)结构进行了系统的,深入的分析和研究。分析了每一种结构在载流子输运、载流子限制和复合等方面产生的作用,从而阐明了这两器件结构是如何提高HB-LED的发光亮度。 本文的主要工作如下: 1.在理论上提出在HB-LED器件的DH结构中使用p-N结的渐变异质结替代现行的p-N突变异质结。分析采用异质结渐变方式将增加HB-LED的电流注入比,减小内建电势,改善晶体质量,并且不影响p-N结对空穴的限制。此举将会有效提高发光亮度。 2.通过模拟不同渐变长度下的能带形状,得出结论:不同渐变长度下,最佳渐变方式并不相同。渐变长度较短时,高斯渐变和抛物线渐变是最佳渐变方式,能带形状更适合载流子输运。渐变长度较长时,线性渐变是最佳渐变方式,能带形状更适合载流子输运。 3.在三种不同掺杂情况下,通过数值模拟得出消除能带尖峰所需的最小渐变长度。并且得出结论:N型掺杂浓度越高,消除尖峰所需的渐变长度越短。 4.由于渐变异质结在实现上存在一定的困难,因此我们提出了用双层突变异质结拟合渐变异质结。并且通过拟合能带边,得出最佳的两层组分分配。通过计算,得出第二层的最佳突变位置。并且从实验结果看,双层突变异质结有效提高发光亮度,改善了器件参数,晶体质量变好。 5.通过推导,得出一个计算化合物半导体异质结内建电势的公式。内建电势是一个重要的参数,通过它可以得到很多异质结的相关参数。得出的公式与相比传统公式更简单、实用。并且准确度较高。 6.全面分析双异质结结构(DH)在HB-LED中的重要作用。DH结构不仅提高了载流子注入比并且加强了载流子限制作用,提高了辐射复合的效率,使得HB-LED的亮度大幅度提高。并且引入模拟异质结的数学模型。总结异质结生长方面的问题。 7.全面分析多量子阱结构(MQW)在HB-LED中的重要作用。采用MQW结构可以减小相同发射波长下材料中的铝组分,从而改善了晶体大的质量。MQW结构比DH结构更加有效的限制载流子,增加辐射复合效率。从而提高了发光亮度。总结了MQW生长。引入了模拟MQW的数学模型。