中高温插入层对gan基蓝光led光电性能的影响

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文I太原理工大学硕士研究生学位论文II太原理工大学硕士研究生学位论文中高温插入层对GaN基蓝光LED光电性能的影响摘要GaN基LED器件具有发光效率高、能耗低、体积小、显色指数高等优点，在照明、显示等领域的应用越来越广泛。尽管GaN基蓝光LED中位错810-2密度高达10-10/cm，却有40-60%的光电转换效率，这引起科研工作者的兴趣。本文一方面以V形坑屏蔽位错理论为基础，分析了V形坑尺寸对LED光电性能影响，另一方面分析了中高温GaN插入层厚度对LED光电性能的影响。利用金属有机气相

2、化学沉积(MOCVD)技术在蓝宝石图形衬底上生长GaN基蓝光LED，1)通过改变中高温GaN插入层厚度来调控V形坑尺寸，分析了V形坑尺寸对LED光电性能的影响，并对相关的物理机制进行了探讨；2)研究了具有温度梯度插入层的LED器件的光电性能，分析了温度梯度插入层影响LED器件的物理机理。具体研究结果如下：1)利用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)、光致发光谱仪(PL)、芯片测试仪、原子力显微镜(AFM)表征了LED器件的结晶质量、光电性能和表面形貌。当中高温GaN插入层厚度从60nm增加至100nm时，V形坑尺寸从70

3、-110nm增加至110-150nm。V形坑尺寸增大对LED外延片的光学性能的影响为：当激发功率从0.4mW增加至9mW时，峰值波长分别先红移1.8nm和1nm，然后均蓝移2.8nm。V形坑尺寸变大对LED器件的电学性能影响为：当注入电流为20mA时，LED芯片的光功率从21.9mW增加至24.1mW，当注入电流从1mA增加至40mA时，LED芯片的峰值波长分别蓝移6.5nm、4.2nm，半峰宽分别展宽5.9nm、7.5nm。通过对V形坑尺III太原理工大学硕士研究生学位论文寸调控LED光电性能的相关物理机制进行分析

4、，增大V形坑尺寸有利于增加空穴注入面积和注入效率，进而提高LED器件的光功率。2)利用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)、光致发光谱仪(PL)、芯片测试仪表征LED器件的结晶质量和光电性能。研究发现：温度梯度GaN插入层使LED外延片的HRXRD(002)面摇摆曲线的半峰宽从290减小至251arsec，(102)面半峰宽从281减小至242arsec，PL积分强度增加了13.9%，在注入电流为20mA下，芯片的整体光功率从31.2-32.0mW增加至33.7-34.5mW，正向偏压降低约0.1V。研究结果表明，插入层

5、的温度对LED的光电性能具有重要影响，温度梯度插入层可有效释放LED器件多量子阱中的应力，进而提高LED器件的光电转换效率。关键词：氮化镓，LED，V形坑，空穴注入效率，位错密度IV太原理工大学硕士研究生学位论文EFFECTOFMEDIUM-HIGHTEMPERATUREINTERLAYERONTHEOPTICALANDELECTRICALPROPERTIESOFGaNBASEDBLUELIGHTEMITTINGDIODESABSTRACTGaN-basedbluelight-emittingdiodes(LEDs)

6、havebeenwidelyusedingenerallighting,displayingandotherareasbecauseoftheirhighluminousefficiency,smallsizeandsoon.ThetypicaldislocationdensityofInGaN/GaN810-2MQWLEDshasarangeof10-10/cm,whereastheelectroluminescenceefficiencycanupto40%-60%andthisphenomenonhasbeen

7、attractedconsiderableinterestforresearchers.Inthiswork,theopticalandelectricalpropertiesofLEDchipswerediscussedbasedontheself-screeningeffectofV-shapedpits,whichinfluencedbythesizeofV-pits;ontheotherhandtheopticalandelectricalpropertiesofLEDchipswereanalyzed,wh

8、ichinfluencedbytemperaturegradientlayers.GaN-basedbluelightemittingdiodes(LEDs)weregrownonpatternedsapphiresubstratesbymetal-organicchemicalvapordeposition(MOCVD)method.1)th