| 题名 | InGaN基量子阱发光二极管光电性能的研究与器件设计优化 |
| 作者 | 李为军 |
| 答辩日期 | 2008-12-24 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 陆卫 |
| 关键词 | Ingan/gan多量子阱发光二极管 电致发光谱 态填充效应 应力致发光 纳米压印和su8技术 量子阱模型 量子点模型 内建极化场 Alingan 台阶型量子阱 Staggered 型量子阱 内量子效率 数值模拟 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | GaN基多量子阱（MQW）发光二极管（LED）由于其效率高、寿命长、体积小、易集成、驱动电压低、无污染、节能等各种优点被誉为将要替代白炽灯的新一代通用照明光源。虽然富In类量子点在高效LED发光中扮演重要角色，量子阱中由In组分涨落引起的深局域化能态分布对GaN基MQW LED发光特性的影响还很少报道。本文主要利用实验和理论想结合的方法考察了GaN基MQW LED中的量子点行为，同时设计并考察了几种新构型GaN 基量子阱结构。主要可以概括为以下几个方面：一、实验1，主要利用电致发光谱（EL）手段研究了蓝色InGaN/GaN MQW LED不同温度和电流注入情况下EL谱，发现了EL发光强度随温度演化呈现非单调行为。并揭示出高的驱动电压导致载流子的逃逸也会引发了低温EL强度减弱行为。2，在对绿色InGaN/GaN MQW LED低温85K时不同电流注入情况下EL谱分析中也同样观察到了EL 多峰行为的演化过程，通过对不同电流下的峰位强度、峰位位置以及不同温度下多峰行为的演化过程揭示出绿色LED中非均匀载流子捕获过程。3，初步探索压电调制下应力致LED发光行为以及纳米压印与SU8相结合技术在提高LED发光效率方面的有益尝试。二，实验+理论1,分别采用量子阱模型和量子点模型对蓝色InGaN/GaN MQW LED进行模拟，并和实验测量结果进行了比对，结果发现，量子点模型的引入，很好的解决了I-V和EL两方面的实验与理论模型间吻合程度不好的问题。而在I-V特性曲线模拟中也发现，载流子的非平衡量子传输效应在InGaN/GaN 多量子阱发光二极管电输运特征中是不能被忽略的。2,基于量子点模型首次探讨了晶格匹配的四元AlInGaN材料取代传统的GaN材料作为量子阱垒层对LED活性层载流子分布以及发光特性的影响。三，器件设计与优化1，考察了四种不同垒层构型量子阱，揭示了了内建电场引起的量子阱区域载流子浓度分布地均匀性是影响器件效能的高低的关键因素。并提出采用四元AlInGaN作为垒材料进行量子阱器件结构设计时，不但要考虑垒层和量子阱层内建极化场的效应，垒层与相邻层之间势能高度差对器件性能的影响也要考虑。2，探讨了薄的应力补偿层AlGaN的引入对InGaN量子阱发光二极管效能的影响，包括不同温度的输出功率和内量子效率。并对器件进行了设计优化3，设计并考察了不同发光波长的Staggered InGaN-InGaN量子阱构型和台阶型 InGaN –¬InGaN 构型量子阱结构，并比较了两种构型量子阱的能带结构特征及发光特性。4，考察了不同In含量和阱层厚度Type-I和Type-II两种台阶型InGaN QW结构，从能带结构，电子/空穴波函数的交叠积分，发光峰位以及内量子效率 GaN基多量子阱（MQW）发光二极管（LED）由于其效率高、寿命长、体积小、易集成、驱动电压低、无污染、节能等各种优点被誉为将要替代白炽灯的新一代通用照明光源。虽然富In类量子点在高效LED发光中扮演重要角色，量子阱中由In组分涨落引起的深局域化能态分布对GaN基MQW LED发光特性的影响还很少报道。本文主要利用实验和理论想结合的方法考察了GaN基MQW LED中的量子点行为，同时设计并考察了几种新构型GaN 基量子阱结构。主要可以概括为以下几个方面：一、实验1，主要利用电致发光谱（EL）手段研究了蓝色InGaN/GaN MQW LED不同温度和电流注入情况下EL谱，发现了EL发光强度随温度演化呈现非单调行为。并揭示出高的驱动电压导致载流子的逃逸也会引发了低温EL强度减弱行为。2，在对绿色InGaN/GaN MQW LED低温85K时不同电流注入情况下EL谱分析中也同样观察到了EL 多峰行为的演化过程，通过对不同电流下的峰位强度、峰位位置以及不同温度下多峰行为的演化过程揭示出绿色LED中非均匀载流子捕获过程。3，初步探索压电调制下应力致LED发光行为以及纳米压印与SU8相结合技术在提高LED发光效率方面的有益尝试。二，实验+理论1,分别采用量子阱模型和量子点模型对蓝色InGaN/GaN MQW LED进行模拟，并和实验测量结果进行了比对，结果发现，量子点模型的引入，很好的解决了I-V和EL两方面的实验与理论模型间吻合程度不好的问题。而在I-V特性曲线模拟中也发现，载流子的非平衡量子传输效应在InGaN/GaN 多量子阱发光二极管电输运特征中是不能被忽略的。2,基于量子点模型首次探讨了晶格匹配的四元AlInGaN材料取代传统的GaN材料作为量子阱垒层对LED活性层载流子分布以及发光特性的影响。三，器件设计与优化1，考察了四种不同垒层构型量子阱，揭示了了内建电场引起的量子阱区域载流子浓度分布地均匀性是影响器件效能的高低的关键因素。并提出采用四元AlInGaN作为垒材料进行量子阱器件结构设计时，不但要考虑垒层和量子阱层内建极化场的效应，垒层与相邻层之间势能高度差对器件性能的影响也要考虑。2，探讨了薄的应力补偿层AlGaN的引入对InGaN量子阱发光二极管效能的影响，包括不同温度的输出功率和内量子效率。并对器件进行了设计优化3，设计并考察了不同发光波长的Staggered InGaN-InGaN量子阱构型和台阶型 InGaN –¬InGaN 构型量子阱结构，并比较了两种构型量子阱的能带结构特征及发光特性。4，考察了不同In含量和阱层厚度Type-I和Type-II两种台阶型InGaN QW结构，从能带结构，电子/空穴波函数的交叠积分，发光峰位以及内量子效率和输出功率上揭示了Type-I和Type-II型台阶型量子阱结构在提高量子阱载流子束缚能力时不同的微观机制。 |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-08-22 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5024]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李为军. InGaN基量子阱发光二极管光电性能的研究与器件设计优化[D]. 中国科学院研究生院. 2008. |
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