论文部分内容阅读
随着外延技术和结构设计不断的进步与突破,硅衬底InGaN基LED采用InGaN/GaN多量子阱(MQWs)作为有源区理论上可以覆盖从近紫外到近红外的宽光谱区,使其在固态照明中非常具有吸引力。与蓝光LED相比,绿光LED有源区中InGaN量子阱中In含量更高。目前来说,生长高质量、高In组分的InGaN量子阱仍具有挑战,导致绿光LED的发光效率明显低于蓝光LED。此外,典型的InGaN基LED器件外量子效率(EQE)随注入电流增加而增大并取得最大值,而当电流密度继续增加时,EQE却不断下降。此现象被称为LED的效率droop效应,俄歇复合及载流子泄漏等诸多因素都可能导致效率droop。为了进一步探索硅衬底InGaN基LED中发光机理,获得综合性能良好的LED器件,本论文通过对具有不同准备层结构的硅衬底InGaN基LED进行分析。通过改变准备层结构来提高LED的综合性能,研究了准备层结构对硅衬底InGaN基LED光电性能及可靠性的影响,主要取得了以下结论:1.通过实验和数值仿真两种手段,研究了 n-AlGaN空穴阻挡层(HBL)对含V坑的硅衬底InGaN基绿光LED光电性能的影响,并首次在室温下观察到空穴经由V坑侧壁泄漏到n侧的超晶格准备中与电子发生复合的现象。实验结果显示,含HBL的样品在大电流密度范围内同时具有更严重的空穴泄漏,更高的EQE和更小的效率droop。数值仿真模拟表明,HBL可以改变载流子注入到有源区中的路径,使得更多的电子从c面注入到MQWs中,避免电子经由V坑注入到MQWs时在V坑侧壁附近产生非辐射复合,从而提高器件EQE。同时,通过V坑传输的电子减少,允许更多的空穴通过V坑侧壁注入到更深的量子阱中甚至注入到靠n侧的超晶格准备层中,从而产生空穴泄漏。这一结果为研究载流子在含V坑的InGaN基LED中的输运及复合机理提供了新的认识。2.使用量子垒掺Si的蓝光多量子阱(BMQWs)代替部分InGaN/GaN超晶格(SLs)结构作为准备层,研究了 InGaN/GaN蓝光多量子阱准备层对硅衬底InGaN基绿光LED光电性能以及抗静电性能的影响。实验观测到使用InGaN/GaN BMQWs作为准备层的样品工作电压升高。此外,将BMQWs中掺Si位置从量子垒中间调整到阱垒界面时,导致靠近量子阱的导带向下弯曲,对电子阻挡势垒变弱,降低器件的工作电压。同时,准备层中掺Si会使得注入到有源区中的电子数量增加,对空穴的阻挡增强,空穴难以泄漏到准备层。另外,使用BMQWs做准备层亦会降低有源区中小V坑密度,从而改善LED器件的抗静电性能。3.对使用BMQWs做准备层,外延结构完全相同,仅InGaN量子阱In含量不同的蓝光和绿光LED器件进行了器件老化机理分析。老化结果表明,蓝光LED样品老化后的EQE衰减明显大于绿光LED样品。XRD倒易空间mapping结果显示,蓝光LED老化后量子阱中应力发生弛豫。据此推测导致具有相同外延结构的蓝光LED老化后EQE大幅下降的可能原因是老化过程引起量子阱中应力弛豫,形成新的缺陷,导致非辐射复合增加。本研究成果对揭示LED器件老化机理具有积极的参考价值。