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纳米折叠有源区宽谱LED工艺研究

作　者: 谭小动
导　师: 养贤；刘彩池；朱建军
学　校: 河北工业大学
专　业:
关键词: MOCVD GaN纳米柱电致发光(EL)谱光致发光(PL)谱
分类号: TN304
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

虽然GaN基LED器件研究的不断深入和半导体照明产业蓬勃发展,LED发光效率的进一步提高仍旧是LED产业应用不可忽视的一个障碍。本文在Thomas Swan垂直腔金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统上对GaN基LED结构材料的外延生长工艺进行了研究,通过设计并优化外延片的多层结构,并将其应用于GaN纳米柱基LED结构材料的外延生长过程中,使纳米柱结构的优势更有效地应用于LED器件中以提高其发光效率。本文结合在位监测曲线、高分辨X射线双晶衍射等测试方法,研究了生长温度、In/Ga摩尔流量比、V/III比、反应室压力等参数对GaN/sapphire衬底上异质外延InGaN薄膜特性的影响。研究发现,生长温度降低、In/Ga摩尔流量比增大、V/III比降低和反应室压力升高等都可以增加InGaN外延层的In组分。反应室压力升高导致In组分增加的同时也改善InGaN薄膜的晶体质量。基于霍尔测试,原子力显微镜(AFM)、电致发光(EL)谱测量结果,研究了Cp2Mg/TMGa摩尔比、生长温度、V/III比这三个生长参数与p-GaN载流子浓度的关系,以及生长速率对p-GaN外延质量的影响。实验发现,大的Cp2Mg/TMGa摩尔比、过高的生长温度、过大的V/III比都会降低空穴载流子浓度。过高的生长速率会使p-GaN外延层的表面结晶质量变差。将优化后的生长工艺应用于以自组织Ni簇作掩膜制作的GaN纳米柱衬底上LED结构材料外延生长,通过常温光致发光(PL)谱测试发现:纳米柱阵列结构样品的PL的峰值强度约为常规平面结构LED PL峰值强度的2倍,且PL峰值半宽也有所降低。相应的LED芯片正向工作电压(20 mA下)为4.6V,反向漏电流(5V时)约为10μA,理想因子n值约为10.5。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-20
  1.1 引言  9-13
    1.1.1 LED 的性能特点  9-11
    1.1.2 LED 的发展历史  11-13
  1.2 影响LED 性能的关键因素及其研究进展  13-18
    1.2.1 极化效应  13-15
    1.2.2 应力效应  15-18
  1.3 纳米结构LEDs 的研究进展  18
  1.4 本文的主要内容  18-20
第二章实验方案和分析技术  20-30
  2.1 引言  20-21
  2.2 外延生长设备  21-25
    2.2.1 MOCVD 原理  22
    2.2.2 MOCVD 系统  22-25
  2.3 表征技术  25-29
    2.3.1 高分辨X 射线衍射仪（HRXRD）  25-27
    2.3.2 光致荧光谱测试技术  27
    2.3.3 原子力显微镜（AFM）  27-28
    2.3.4 扫描电子显微镜（SEM）  28
    2.3.5 电致发光谱测试技术  28-29
    2.3.6 LEDs I-V 特性测试技术  29
  2.4 本章小结  29-30
第三章常规平面 GaN 基 LED 外延片生长及性能研究  30-45
  3.1 引言  30
  3.2 LED 结构材料阱层InGaN 薄膜的外延生长  30-35
    3.2.1 实验设计  30-31
    3.2.2 实验结果与分析  31-35
  3.3 Mg 掺杂的p-GaN 生长研究  35-38
    3.3.1 实验设计  36
    3.3.2 实验结果与分析  36-38
  3.4 LED 结构材料p-GaN 层外延生长  38-43
    3.4.1 实验设计  39-40
    3.4.2 实验结果与分析  40-43
  3.5 本章小结  43-45
第四章 GaN 纳米柱基 LED 的外延生长及性能  45-54
  4.1 GaN 纳米柱模版制作  45-46
  4.2 LED 结构外延片生长过程  46-47
  4.3 LED 器件制作工艺  47-49
  4.4 GaN 基LED 外延片性能测试  49-52
    4.4.1 GaN 纳米柱基LED 外延片的光致发光谱  49-51
    4.4.2 GaN 纳米柱基LED 外延片的电致发光谱  51-52
    4.4.3 GaN 纳米柱基LED 芯片性能  52
  4.5 本章小结  52-54
第五章结论  54-55
参考文献  55-61
攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果  61-62
致谢  62-63

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