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随着社会的不断发展,电能的消耗也越来越大。据统计,我国每年照明用电的总消耗约占全部电能消耗的12%-15%,其中传统照明光源的低效率则是电能消耗量如此之大的主要原因之一。发光二极管(light emitting diode,LED)作为第四代先进光源,因其体积小,亮度高,发光效率高,使用寿命长、节能环保等特点,越来越受到人们的关注,并正逐步取代白炽灯和荧光灯等传统光源,成为白光照明领域的主角。氮化镓(GaN)材料作为第三代化合物半导体材料的代表,具有高熔点、高热导率、高硬度、高化学稳定性和高击穿电场强度等优秀的物理和化学性质,使其成为半导体光电子器件的优选材料。此外,GaN及其相关合金(AlGaN,InGaN等)为直接带隙材料,并且通过其中的调控In、Al组分,其带隙可从氮化铟(InN)的0.7 eV变化到氮化铝(AIN)的6.2 eV,可使其相应发光波长覆盖包含可见光在内的近红外(Near Infrared,NIR)到深紫外(Deep Ultraviolet,DUV)的光谱范围,因此被广泛用于光电子器件等领域。其中,InGaN基多量子阱(MQWs)结构的发光波长可以覆盖整个可见光波段,已经被广泛应用于LED固态白光照明器件。然而,随着In组分的增加(发光波长变长),InGaN/GaN MQWs基LED的发光效率却急剧降低,此即所谓的黄绿鸿沟(green gap)现象。其原因主要被归因于以下两点:(1)InGaN阱层中由于In原子和Ga原子存在较大的尺寸差异,同时InN和GaN之间也存在较大的晶格失配,因此随着阱层中In组分的增加,导致阱层晶体质量恶化加剧,产生更多的非辐射复合中心,使得发光效率进一步降低;(2)在有源区中,由于InGaN阱层和GaN垒层之间存在着晶格失配诱发的极化电场,该极化电场会导致阱层能带倾斜,使电子和空穴在实空间上发生分离,因此降低了发光效率,即所谓的量子限制斯塔克效应(quantum-confined Stark effect,QCSE)。在这种情况下,随着阱层In组分的进一步增加,其内部的QCSE将会变得更加显著,导致发光效率进一步降低。然而,令人惊奇的是,尽管InGaN/GaN MQWs基LED有高密度的缺陷和强的QCSE,但是其发光效率却仍然可以很高。这被认为是主要起因于InGaN/GaN MQWs结构中深局域中心的存在:深局域中心可以对载流子进行局域化,阻止它们向非辐射复合中心移动,从而降低在位错处非辐射复合的影响。关于局域中心的形成机制普遍认为与富In团簇的形成有关。上述的QCSE、晶体质量的恶化和载流子的局域效应对LED的发光效率都有重要的影响。但是,目前有关LED中极化电场和局域态对其复合发光的影响机制仍不明确,需要进一步的研究。其中,InGaN阱层生长温度作为一个关键的生长参数,在阱层生长过程中,会影响阱层的In掺入量、均一性和晶体质量,并进而影响阱层的局域效果、QCSE和LED的发光性能。因此,深入探讨InGaN阱层生长温度对LED的影响机制,对于提高发光效率具有重要意义。本论文利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法制备了阱层生长温度不同的两种InGaN/GaN MQWs基LED样品,并通过光致发光(photoluminescence,PL)和电致发光(electroluminescence,EL)等测试手段,研究了阱层生长温度对InGaN/GaN MQWs基LED光学特性的影响。本论文主要研究内容如下:(1)阱层生长温度对InGaN/GaN MQWs基LED PL特性的影响。在10-300 K的温度范围内和0.001-50 mW的激发功率范围内,我们对阱层生长温度不同的样品A和样品B的PL特性进行了研究。结果显示,与样品A相比,阱层生长温度较低的样品B其阱层具有更高的In含量,更大的In组分波动,更强的载流子局域效应和更强的QCSE,更多的非辐射复合中心和更低的内量子效率。(2)阱层生长温度对InGaN/GaN MQWs基LED EL特性的影响。在10-300 K的温度范围内和0.0001-20 mA的注入电流范围内,我们对阱层生长温度不同的样品A和样品B的EL特性进行了研究。结果发现,样品A和样品B都显示了反常的“M型”(增加-降低-增加-降低)EL峰位能量的温度依赖性,但样品B的“M型”行为更加显著。我们通过构建的能带结构模型,对样品A和样品B所显示的不同的“M型"EL峰位能量的温度依赖性进行了解释:样品A和样品B的阱层都存在着平均In组分不同的两种富In区域(zone)或者两种相结构。但是与样品A相比,在阱层生长温度较低的样品B中其阱层中的两种相结构具有更高的In含量、更显著的In组分波动,更强的载流子局域效应和更强的QCSE以及更多的非辐射复合中心。此外,由于样品B中的两种相结构的平均In含量差更大,所以导致了载流子在各自的相结构中或者在两个相结构之间更明显的弛豫过程和热膨胀过程。