GaN材料半导体发光晶体管机理研究

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1、华南师范大学硕士学位论文GaN材料半导体发光晶体管机理研究姓名：张建中申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：郭志友20080501华南师范大学硕士学位论文摘要GaN材料半导体发光晶体管机理研究专业名称：光学工程申请者姓名：张建中导师姓名：郭志友摘要随着超高亮度发光二极管和晶体管技术的成熟，利用发光二极管(LED)进行半导体照明逐渐成为可能．由于应用领域的不断扩大，对发光二极管进行控制显得十分必要．现在主要是采用电流通断的方法对LED器件进行控制，制造LED灯具、显示屏等的控制电路部分价格比较高，主要原因是控制电流的电源电路器件比较贵，若采用

2、具有控制发光功能的器件，则电路部分价格会降低很多．目前已经报道的发光晶体管器件，采用的研究方法主要是利用实空间转移原理和传统双极晶体管原理(npn型和pnp型)．由于实空间转移注入电子(空穴)的低效性注定了发光强度不能达到理想的要求；传统双极晶体管原理的发光晶体管，由于发光基区很薄，量子阱的数目受到限制，只有少数电子参与发光，效率也较低．因此，目前的发光晶体管由于器件结构设计上的问题，不能达到理想的发光强度．．本论文提出了三种GaN材料半导体发光晶体管结构和制造工艺．第一种制造发光晶体管方法是采用pnn双极型发光晶体管．在高亮度发光二极管的基础

3、上，通过设计基区量子阱控制区来形成pnn型高亮度的发光晶体管．晶体管的基本结构包含两端的P型集电区和n+型电子发射区，它们分别各自独立将空穴和电子注入多量子阱有源发光区；中间为多量子阱有源发光区，电子和空穴在阱中复合发光；基区控制区为n～材料，用于控制发光强度．n一基区和n+发射区通过突变同型异质结接触形成发射区势垒和基区势阱，通过控制施加在这个突变同型异质结上的电压，可以控制通过该异质结的载流子数目，从而有效地控制进入有源区的载流子．并针对该发光晶体管建立了器件模型，解释了器件工作原理，模拟了电流、电压等相关特性．华南师范大学硕士学位论文摘要

4、由于pnn双极型发光晶体管的基极对电子注入有源区有不利的影响，且基极电压可变动幅度较小，我们提出了两种改进型场效应发光晶体管结构，即：金属一半导体场效应发光晶体管(MESFET)和金属一氧化物一半导体场效应发光晶体管(MOSFET)结构．在金属一半导体场效应发光晶体管(MESFET)结构中，金属一半导体肖特基栅极接触在器件沟道中产生了一个耗尽区，通过控制施加在栅极的电压，控制栅极耗尽区的宽度，控制了栅区n型电子沟道的宽度，达到控制通过器件电流和发光强度的目的．在金属一氧化物一半导体场效应发光晶体管(MOSFET)结构中，施加栅极上的正向电压，使

5、得栅极氧化物一半导体界面处的能带发生弯曲，因此p型栅区半导体表面的特性将从P型转化为n型，即在P型栅区半导体表面产生了n型表面电子沟道．通过控制栅极的表面沟道，从而控制器件的发光强度．发光晶体管可以采用低压金属有机化学气相沉淀(MoCVD)方法在蓝宝石衬底上制造，通过进一步优化器件的结构和生长工艺可以提高器件的性能．本文的发光晶体管设计已经申请五项发明专利，其中四项为原创性发明，为半导体照明的发展提供了一种优化的选择．关键词：氮化镓MOCVD发光晶体管量子阱2华南师范大学硕士学位论文abstract皿CHANISMRESEARCHOFGaN．b

6、asedSEMICONDUCORLIGHTEMITTINGT础埘SISTORMajor：OpticalengineerName：JianzhongZhangSupervisor：ZhiyouGuoAbstractLEDhasbecometrueforthesemiconductorlightingbecausetechnologyofhightlightledandtransistorhasbeengreatlydeveloped．ItisveryimportanttocontroltheLEDintheapplication．Thecosto

7、fcontrollingLEDishighusingthecurrentdeviceinthecircuitandpowercurrently．ThepriceofcircuitwilldescendgreatlyifthelightemittingdevicewiththefunctionofcontrolCanbeusedinthepractice．Themechanismoflightemittingtransistor(LET)beenreportedaremostlyRealSpaceTransferandconventionalpn

8、pandnpntransistor．Lightemissioncanbecausedbythereal—spacetransferofmajority