p型掺杂和量子阱结构对GaN基LED光电性能影响的研究

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1、：分类号：密级ＵＤＣ：学号：４１５７１４０１５０１１南昌大学专业学位硕士研究生学位论文ｐ型掺杂和量子阱结构对ＧａＮ基ＬＥＤ光电性能影响的研究’－ｎｕａｎｔｕｍｗｅＥｆｆｅｃｔｓｏｆｐｔｅｄｏｉａｎｄｔｈｅｑｌｌｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｙｐｐｇｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｒｏｅｒｔｉｅｓｏｆＧａＮｂａｓｅｄＬＥＤｐｐｐ李爱星培养单位（院、系）：南昌大学材料科学研究所国家硅基ＬＥＤ工程技术研究中心指导教师姓名：莫春兰副研究员、职称‘专业学位种类：工程硕士＇专业领域名称：材料工程

2、论文答辩日期：答辩委员会主席评阅人：年月日摘要摘要随着GaN材料外延生长技术和相关半导体器件制备技术的不断进步，InGaN/GaN基多量子阱LED在新一代的固态照明领域中显示出了巨大的应用潜力，因此近年来一直备受瞩目。然而，对于多量子阱结构的LED来说，由于p型掺杂的困难以及电子和空穴传输性能的差异，使得电子和空穴浓度以及它们在多量子阱中的分布都极为不匹配，从而制约了大功率、高亮度LED的开发和应用。因此，有必要深入地研究如何改善p型掺杂，以及如何解决载流子在多量子阱中分布不均匀的问题。本论文以MOCVD外延生长系统生长的Si衬底

3、GaN基LED为研究对象，并在前期研究工作的基础上，通过进一步优化p型层中p-AlGaN电子阻挡层的p型掺杂工艺以及设计不同组合结构的量子阱有源区来提升InGaN/GaN基多量子阱LED的光电性能，主要得出了以下结论：1.通过对p-AlGaN电子阻挡层进行Mg预通的工艺处理，分别研究了Mg预通对蓝光、绿光和黄光LEDp-AlGaN电子阻挡层中Mg掺杂浓度的影响。研究表明：在生长完GaN末垒后，且在p-AlGaN电子阻挡层生长之前，预先向反应室中通入一定量的Mg源（Cp2Mg），即Mg预通，能够有效提高蓝光、绿光和黄光LEDp-AlGaN电子阻挡层中的

4、掺Mg浓度。这主要得益于Mg预通减轻了GaN材料体系生长时Mg的记忆效应对实际Mg掺杂浓度的影响。2.通过对p-AlGaN电子阻挡层中Mg预通的蓝光LED样品进行室温和低温下的电致发光测试，研究了p-AlGaN电子阻挡层中Mg预通对蓝光LED光电性能的影响。研究表明，与p-AlGaN电子阻挡层中未预通Mg的蓝光LED样品相比，p-AlGaN电子阻挡层中预通Mg后，蓝光LED不仅在室温下的外量子效率得到了提升，而且在低温下也具有程度相对更轻的IQE坍塌现象。这主要是由于p-AlGaN电子阻挡层中预通Mg后，p-AlGaN电子阻挡层中Mg浓度更高，离化出

5、更多的空穴，使得量子阱中空穴浓度提高，与电子的浓度更加匹配。3.通过对p-AlGaN电子阻挡层中Mg预通的绿光、黄光LED进行室温和低温下的电致发光测试，分别研究了p-AlGaN电子阻挡层中Mg预通对绿光和黄光LED光电性能的影响，研究表明：当p-AlGaN电子阻挡层采用Mg预通生II摘要长工艺时，绿光和黄光LED室温下的峰值波长和半峰宽随电流密度的变化规律均和蓝光LED实验相同。但是，和蓝光LED不同的是，绿光和黄光LED室温下的外量子效率在Mg预通后降低，低温下外量子效率反而升高。在p-AlGaN电子阻挡层Mg预通实验中，有两方面的因素会对发光效

6、率产生重要的影响。一方面，预通Mg后p-AlGaN电子阻挡层中空穴浓度的增加能够提高器件的量子效率，另一方面，预通Mg后p-AlGaN电子阻挡层中空穴浓度的提高使得载流子主要集中在晶体质量较差的靠近p层的量子阱中发光，从而降低了量子效率。对同样含有V型坑的高In组份的绿光、黄光LED而言，量子阱中发生了更为严重的晶格失配，通过应力弛豫产生的晶体缺陷更多，因此晶体质量是影响发光效率的主要因素。而在蓝光LED实验中，p-AlGaN电子阻挡层中空穴浓度的提高起主要作用。4.通过设计同温阱、限制阱（靠近n层）和发光阱（靠近p层）组合结构的量子阱，研究了限制阱

7、和发光阱组合结构的量子阱对绿光LED器件光电性能的影响。研究发现，靠近p层的发光阱由于对载流子具有较强的存储和限制作用，使得发光位置主要集中在靠近p-GaN的发光阱中，组合量子阱结构一方面提高了发光阱中的载流子浓度，增大了电子与空穴波函数的交叠量，从而提高了发光效率，另一方面减轻了绿光LED在低温下的IQE坍塌。关键词：Si衬底；GaN；发光二极管；V型坑；电致发光IIIAbstractABSTRACTWiththeprogressofGaN-basedmaterialepitaxialgrowthandrelateddevicepreparatio

8、nfabrication,InGaN/GaNbasedMQWsLEDshaveshowngreatpoten