氮化镓基近紫外LED的制备与研究

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1、—————————————————————氮化镓基近紫外LED的制备与研究—————————————————————PreparationandInvestigationofGalliumNitrideBasedNear-ultravioletLED————————————作者姓名：李鹏翀专业名称：微电子与固体电子学研究方向：半导体光电子学指导教师：张宝林教授学位类别：理学博士培养单位：电子科学与工程学院论文答辩日期：2018年5月30日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席宋航研究员中国科学院长春光学

2、精密机械与物理研究所委员黎大兵研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所缪国庆研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所刘星元研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所徐海阳教授东北师范大学杜国同教授吉林大学张源涛教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论

3、文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士

4、学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：微电子与固体电子学论文题目：氮化镓基近紫外LED的制备与研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：作者联系电话：摘要氮化镓基近紫外LED的MOCVD制备与研究GaN基材料主要包括氮化铝（AlN）、氮化镓（GaN）、氮化铟（InN）及其合金材料，其禁带宽度可以在AlN的6.2eV到InN的0.7eV之间连续可调，其发光范围可由200nm的紫外波段覆盖到1

5、770nm的红外波段。目前，GaN基材料在可见光领域已经非常成熟，已广泛应用于显示屏背光源、户外显示、照明等领域。近年来，紫外光的应用不断的拓展，可以应用于水净化、紫外固化、杀菌、消毒、空气净化、防伪检测、紫外光治疗、医疗工具的消毒、光刻和医疗诊断等领域。目前市场中采用的紫外光源多为汞灯，汞灯的发光效率虽然高，但是它的发光光谱非常的宽，而我们实际应用中只用到特定波段的光，大量的光能会被浪费掉。相比于汞灯，氮化镓基LED发光波段更加窄，不会有光能浪费的情况发生。另外，氮化镓基紫外LED还具有无毒无害,寿命长等优势。虽然氮化

6、镓基紫外LED具有诸多优势，但是目前其器件的发光效率仍然比较低，而且大功率发光器件制备困难，导致目前市场上主要的紫外光源仍然是汞灯。提高紫外LED的性能，必须解决紫外LED以下制备的难点：（1）低位错密度的AlGaN材料制备困难。由于Al原子具有较高的键能，生长AlGaN时Al原子10在外延层表面迁移非常困难，使得薄膜质量较差，通常的AlGaN位错密度在10-211-2cm到10cm之间。另外，AlGaN有源区没有类似于InGaN有源区一样的合金团簇，无法将载流子限制在位错之外，因此其对于位错更加敏感，当位错密度为10-

7、210cm时其内量子效率不足2%。（2）AlGaN存在较大的极化电场，会产生量子限制斯塔克效应，降低器件的内量子效率。另外，极化电场会产生阻碍载流子进入有源区的势垒，也不利于提高器件内量子效率。（3）由于AlGaN特殊的能带结构，当其Al组分比较高的时候，其发光以TM模发光为主，光很难出射，器件外量子效率比较低。（4）AlGaN掺杂比较困难，不利于载流子注入，而且在制备水平结构LED时容易产生电流拥堵效应。在解决紫外LED器件发光效率低的问题中，对于紫外LED的TM模发光较强的问题，文中提出了RCLED结构增强垂直方向的

8、出光。对于AlGaN晶体质量较差的问题，文中提出了采用与GaN基材料晶格更加匹配的SiC作为衬底。为了避免I电流拥堵效应，文中提出了在SiC衬底上制备垂直结构LED。为了抑制SiC衬底对于紫外光的吸收，文中采用了带有导电DBR的LED结构。为了消除由于极化效应产生的阻碍载流子进入有源区的势垒，文中提出了通过隧道结实现