Ⅲ族氮化物紫光和近紫外LED的制備與研究.pdf

1、Ⅲ族氮化物如GaN、InGaN、AlGaN等半導體材料，理論上可以用來制備光譜范圍從紅外光到紫外光的發(fā)光二極管(LED)和激光二極管(LD)。Ⅲ族氮化物基紫光和紫外LED由于具有無毒、不產生臭氧、開關速度快、光譜窄和壽命長等優(yōu)點，使其在衛(wèi)生消毒、UV固化、光刻、防偽檢測、醫(yī)療診斷和水凈化等領域具有廣闊的應用前景。雖然，目前GaN基可見光LED技術已經非常成熟，但相比之下，Ⅲ族氮化物基紫光和紫外LED存在一些瓶頸，如器件內橫向電流擁擠嚴重

2、、散熱不良、襯底和外延材料吸收紫外光、光提取效率低等，限制其外部量子效率和光電性能的進一步提升。
　　針對紫光和紫外LED易產生橫向電流擁擠，散熱不良的問題。我們設計了帶有不同電子阻擋層(EBL)的紫光LED，利用APSYS軟件和MOCVD系統(tǒng)分別對所設計的器件進行了理論模擬和實驗研究。研究結果表明，采用p-AlGaN/GaN超晶格結構電子阻擋層的器件，相比單層的AlGaN電子阻擋層結構器件電流擁擠現(xiàn)象得到有效緩解，電流分布更加均

3、勻，電致發(fā)光強度得到了較大提高。
　　創(chuàng)新性地提出了制備p型GaN微米柱的表面微觀處理技術。通過控制外延生長模式，制備出微米柱形狀的p型GaN結構，可以使更多的紫外光逃逸出LED芯片外部、減少外延材料對紫外光的吸收、使紫外LED量子阱內部的應力得到弛豫。使用該技術可有效提高紫外LED的光輸出功率，相對平表面紫外LED提高了約88％。還模擬了微米柱對紫外LED的影響，模擬結果顯示通過優(yōu)化微米柱的尺寸和密度，可進一步提升紫外LED的光

4、電性能。為了提高紫外LED的出光效率，之前還研究了納米壓印PSS襯底對紫外LED發(fā)光性能的影響。實驗結果表明，納米壓印PSS襯底的圖形有利于減少光線在LED內部發(fā)生全反射的比例，可以使紫外LED的出光效率得到提升。
　　創(chuàng)新性地提出了原位二次生長法。即藍寶石襯底上生長的AlGaN/GaN DBR結構在應力釋放后出現(xiàn)裂紋，通過控制生長模式，克服由DBR裂紋引起GaN LED結構生長困難的問題，重新在有裂紋的DBR上生長出表面平整的G

5、aN LED結構，有效提高了紫外LED的出光效率。
　　創(chuàng)新性地提出使用SiC襯底直接生長帶有DBR紫外LED的技術。采用MOCVD方法，引入AlN/AlGaN雙緩沖層來緩解應力，在6H-SiC(0001)襯底上制備了表面平坦無裂紋的Al0.2Ga0.8N/GaN DBR結構，并在其上制備高質量的紫外LED結構。這種在SiC襯底上制備帶有應力緩沖層和DBR結構的紫外LED，既能發(fā)揮SiC襯底與GaN外延材料晶格匹配的優(yōu)勢及SiC襯