论文部分内容阅读
自GaN基LED技术诞生以来,p层优化生长是进一步提升LED光电性能的主要任务之一。其中,作为一种能够有效提升硅基GaNLED光电性能的外延生长技术,量子阱区形成V形坑的技术获得了广泛的研究与关注。在完成量子阱层生长后,通常采用全H2载气和高压下生长的非故意掺杂GaN对形成的V形坑进行合并。V形坑合并层作为V形坑技术的重要组成部分,对硅基GaNLED的光电性能具有重要影响。因此,为了进一步提升硅基GaN长波长LED的光电性能,本文在国家硅基LED工程技术研究中心的平台上,围绕p层结构和工艺展开了较系统的研究工作。重点分析了 V形坑合并层位置、p层生长温度和p-AlGaN电子阻挡层厚度对硅基GaN长波长LED的微观结构和光电性能的影响,所得研究成果如下:1.研究了 V形坑合并层(VCL)位置对硅基GaN绿光LED光电性能和载流子输运的影响。研究结果表明室温下VCL位置对发光效率影响较小,V形坑合并的更早,反向漏电流更小。低温下VCL位置对V形坑附近载流子的注入行为有着较大影响。V形坑合并靠近量子阱层时,V形坑附近的空穴主要从平台处注入,导致电压急剧增加,小电流下外量子效率更高,大电流下外量子效率更低。电压增高也会导致V形坑侧壁量子阱开启个数更多,载流子动能更大,部分空穴能够通过V形坑侧壁注入到更靠近n层的量子阱中。V形坑合并相对靠后时,V形坑附近的空穴主要从V型侧壁处注入,因此电压较低,V形坑侧壁处量子阱开启个数少,空穴主要是从V形坑侧壁处注入到靠近p层的量子阱中。2.研究了 p层生长温度对硅基GaN绿光LED微观结构和光电性能的影响。研究结果表明适当降低p层生长温度,能够有效抑制量子阱中富In团簇的形成,提高量子阱的晶体质量,但过低的p层生长温度(如960℃)不利于V形坑的合并,会导致外延片表面出现未合并的V形坑。p层生长温度增加会促进阱垒界面处In组分扩散,导致量子阱宽化,载流子有效复合体积增加,相同电流密度下俄歇复合速率下降,从而有效改善内量子效率(IQE)droop,但过高的p层生长温度也会导致量子阱区缺陷增多,大电流密度下IQE降低。3.研究了p-AlGaN电子阻挡层(EBL)厚度对硅基GaN黄光LED光电性能和载流子输运的影响。研究结果表明室温下适当增加EBL厚度增加能够增强V形坑对位错的屏蔽作用,增强空穴从V形坑侧壁处注入到量子阱中的效率,最终使辐射复合速率提高,IQE提升;但EBL厚度过大时会导致注入到量子阱区的有效空穴浓度下降,最终导致辐射复合速率下降,IQE降低。低温下随着EBL厚度的增加,空穴能够借助V形坑侧壁注入到更靠近n层的量子阱,甚至超晶格中。这主要归结于平台支路电压升高,从而导致V形坑侧壁电压随之升高,V形坑侧壁量子阱开启个数增加以及空穴获得动能更多所致。100 K时,IQE效率droop随EBL厚度增加而增加,这主要归结于量子阱区有效空穴浓度降低所致。综上所述,对含V形坑结构的硅基GaN长波长LED而言,p层结构和生长参数对V形坑附近载流子的注入方式、阱垒界面质量、量子阱中富In团簇的形成、效率droop等方面均有较大影响。因此,后续对p层优化的方向,一方面可以从p层结构优化入手,在保证或者进一步改善p层晶体质量的基础上,围绕如何提升V形坑侧壁空穴注入效率展开,进步一提升硅基GaN长波长LED光电性能。另一方面可以结合p层生长温度优化,对量子阱结构进行调整,以期进一步提升硅基GaN长波长LED大电流密度下的效率。