InGaN/GaN多量子阱势垒层掺In工艺及其应用研究

论文摘要

随着LED的应用范围越来越广,从最初的指示灯、显示屏,到液晶屏幕背光源、室内外照明等领域,对LED的亮度要求越来越高。尤其目前采用蓝光发光二极管混合荧光粉激发的白光作为室内外的普通照明,其LED发光效率问题、亮度问题就摆在最突出的位置。本项研究的目的是提高LED的发光效率。首先从不同角度分析了影响LED发光的内量子效率和外量子效率的一些因素,并且详细讨论了提高LED内量子效率和外量子效率的各种有效手段。最后就多量子阱垒层掺In对LED发光效率的影响进行了详细研究。首先利用X射线衍射仪、光致发光谱探讨了部分量子阱垒层掺In和全部量子阱垒层掺In与常规量子阱结构在结晶质量、多量子阱结构特性、光致发光波长(强度、半高宽)等方面的差异,然后把生长的外延片通过常规LED正装工艺制成芯片,测试了器件的发光特性。基于对部分阱垒层掺In与全部阱垒掺In的比较研究,我们又研究了全部阱的垒层掺杂较小的In流量梯度变化对LED发光特性的影响。根据全部阱垒层掺In与常规量子阱结构的能带图,由能带理论分析得到垒层掺In使量子阱的能带弯曲减少、量子限制斯塔克效应减弱、电子阻挡层的电子阻挡效率提高、量子阱的空穴注入效率增加、电子与空穴的空间波函数交叠增加等,这些都对LED发光效率提高起到积极的作用。本文实验结果表明全部垒层轻度掺In可以使LED的亮度提高大约16.5%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 LED 发光二极管的优势
• 1.3 LED 的发展历程及国内外研究比较
• 1.4 本文研究的目的与意义
• 第二章 GaN 的有关性质与材料的外延生长
• 2.1 GaN 材料的基本性质
• 2.1.1 GaN 的晶体结构
• 2.1.2 GaN 的化学性质
• 2.1.3 GaN 的电学性质
• 2.1.4 GaN 的光学性质
• 2.2 GaN 材料的生长
• 2.2.1 衬底的选择
• 2.2.2 外延方法的选择
• 2.2.3 GaN 基LED 关键材料的外延生长
• 2.2.4 GaN 基LED 外延生长小结
• 第三章 LED 基本特性简介
• 3.1 LED 发光的基本原理
• 3.2 LED 的主要特性
• 3.2.1 LED 的伏安（V-I）特性
• 3.2.2 LED 的光谱特性
• 3.2.3 LED 的热特性
• 第四章 LED 发光效率的影响因素及提高措施
• 4.1 影响LED 发光效率的主要因素
• 4.2 提高发光效率的各种有效手段
• 4.2.1 内量子效率提高的措施
• 4.2.2 外量子效率提高的措施
• 第五章 GaN 基LED 的多量子阱垒层掺In 研究
• 5.1 多量子阱垒掺In 实验部分
• 5.1.1 实验准备
• 5.1.2 实验样品制备
• 5.1.3 实验测试手段
• 5.2 多量子阱垒层掺In 实验数据与讨论.
• 5.2.1 部分阱的垒层掺In 与全部阱的垒层掺In 对比
• 5.2.2 全部阱的垒层掺In 变In 流量对比实验
• 5.3 垒层掺In 实验结果总结与讨论
• 5.3.1 多量子阱垒层掺In 能带变化
• 5.3.2 实验结果总结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文成果总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻读硕士研究生期间参加的科研项目