含V形坑的Si襯底GaN基藍光LED發(fā)光性能研究.pdf

1、分類號：密級：UDC：學號：355705210002南昌大學博士研究生學位論文含V形坑的形坑的Si襯底襯底GaN基藍光基藍光LED發(fā)光性能研究發(fā)光性能研究StudyontheLuminescencePropertiesofVpitcontainingGaNBasedBlueLEDsonSiSubstrates吳小明培養(yǎng)單位（院、系）：南昌大學國家硅基LED工程技術研究中心指導教師姓名、職稱：江風益教授指導教師姓名、職稱：劉軍林研究員申請

2、學位的學科門類：工學學科專業(yè)名稱：材料物理與化學論文答辯日期：2014年12月17日答辯委員會主席：評閱人：2014年12月日摘要II摘要InGaNLED中位錯密度達1081010cm2卻具有很高的發(fā)光效率。對此學術界有兩種解釋：一種認為載流子被限制在InGaN量子阱的富In局域態(tài)中，避免了非輻射復合；另一種認為，量子阱生長時在位錯處形成V形坑，坑中側壁量子阱的禁帶寬度比平臺量子阱大數百meV，在位錯周圍對載流子形成勢壘，避免載流子靠近

3、位錯而被捕獲。這兩種理論均能在一定程度上解釋GaN基LED的發(fā)光行為。然而，局域態(tài)的解釋提出多年，卻未有對局域態(tài)實現調控的報道；相比之下，V形坑則具有更強的可控性。雖然文獻提出V形坑的形成可抑制非輻射復合，但V形坑對器件光電性能影響的研究卻并不透徹。在此背景下，本文在Si襯底上生長了GaN基藍光LED外延材料，結構依次為：緩沖層、N型GaN層、準備層（含低溫GaN層、超晶格層、電子注入層）、多量子阱、PAlGaN、V形坑合并層和PGaN

4、接觸層，選擇V形坑作為主要研究對象，所做的工作以及取得的研究成果包括：1.研究了Si襯底GaN中V形坑的產生和合并。（1）對V形坑的產生：實驗表明在高溫N層GaN后生長一層低溫GaN可產生V形坑，且V形坑尺寸隨該層厚度的增加而變大；同溫同厚度時，In0.02Ga0.98NGaN超晶格比單層低溫GaN所形成的V形坑尺寸要??；AFM測得的V形坑密度，約為基于高分辨XRD搖擺曲線所計算的位錯密度的一半。（2）對V形坑的合并：實驗結果表明，升高

5、生長溫度、減慢生長速率以及H2氣氛下有利于V形坑的合并。2.發(fā)現并解釋了V形坑側壁量子阱的電致發(fā)光（EL）現象。在含有V形坑的器件結構中，設計了低溫生長的AlGaN電子阻擋層（EBL）重摻Mg和不摻Mg的對比實驗，對樣品進行了二次離子質譜（SIMS）、透射電子顯微鏡（TEM）以及變溫變電流EL測試。（1）側壁量子阱EL的產生：EBL不摻Mg樣品中的低溫（≤150K）EL光譜中在主峰的短波長側出現一寬發(fā)光峰，峰形同已報道的側壁量子阱的PL

6、結果相符。根據TEM測試，低溫AlGaNEBL在V形坑側壁比c面薄。據此提出EBL不摻Mg增加了流經V形坑的空穴電流比例，將該發(fā)光峰歸結為V形坑側壁量子阱的EL峰。據作者所知，這是對側壁量子阱EL的首次報道。（2）側壁量子阱EL峰形的展寬：在小電流密度段側壁量子阱EL峰形隨著電流密度的增大逐漸向短波長展寬，當電流密度增大至一定值時達到穩(wěn)定。針對這一現象，提出了器件的等效電路模型，結合文獻報道的V形坑中側壁量子阱禁帶寬度不一致這一特性，提