喷淋头高度调节InGaN/GaN量子阱生长及n-AlGaN电子阻挡层的模拟研究

摘要

发光二极管(LED)，自发现之初就体现出了巨大的应用潜能。尤其在Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体材料发现后，LED有了高效蓝、绿光发光材料，应用范围进一步得到了扩展。目前，氮化镓(GaN)基LED已广泛应用于LED的全彩显示，交通灯等日常生活领域，并且可以制作白光LED，作为新一代固态照明的绿色光源。因此如何提高GaN基LED的性能成为研究的焦点。对于GaN基LED而言，主要可以通过两种途径来提高其性能，一是在现有结构的基础上，探究如何改变生长条件，提高生长质量以提高性能，二是通过优化LED的结构，达到优化性能的目标。
　　基于以上研究背景，结合实验室的现有条件，本论文主要做了喷淋头高度对量子阱生长的影响，以及电子插入层EBL对于LED性能的影响两方面研究:
　　(1)利用Axitron CCS-MOCVD设备，调节喷淋头高度分别为7、13、18及25 mm，在蓝宝石衬底上生长InGaN/GaN量子阱，研究喷淋头高度对InGaN/GaN量子阱生长的影响。通过表征发现，随着喷淋头高度的增加，样品的表面形貌、界面质量、阱垒层厚度、In组分以及PL光谱均发生了较大的变化，这主要是由于喷淋头高度的变化，改变了反应室内温度场、流场及反应物浓度场的分布，从而使生长的量子阱表面形貌、晶体质量发生了较大的改变，同时由于喷淋头高度的变化影响了反应室内预反应的发生程度，导致量子阱的厚度及组分发生变化，进而使样品的PL谱也发生了改变。
　　(2)利用Apsys模拟软件，对两组有无n-AlGaN电子阻挡层的LED样品进行模拟，通过比较样品的能带图、载流子浓度分布图、电致发光谱EL、电流-功率C-P曲线、内量子效率IQE及电流-电压I-V特性，探究了n-AlGaN电子阻挡层的优异特性。研究发现，插入n-Al0.05Ga0.95N作为电子阻挡层EBL，使得LED有源层量子阱中载流子分布及浓度均发生了变化，从而提高了LED的光学及电学等各项性能。造成这一现象的主要原因是由于EBL的插入，很好的将电子限制在了有源层量子阱中，并同时对空穴产生了一定限制作用，使其浓度有所提升，因此改善了LED的多种性能。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 GaN基材料的基本性质

1．2 GaN基材料的应用

1．3 相关研究进展

1．3．1 喷淋头高度对InGaN／GaN量子阱生长的影响

1．3．2 AIGaN电子阻挡层对LED性能的影响

1．4 论文的主要内容及研究意义

2 GaN薄膜的制备方法与表征技术

2．1 GaN薄膜的常用制备方法及反应系统

2．2 论文所用生长方法及设备

2．3 表征技术

2．3．1 原子力显微镜(Atomic force microscope)

2．3．2 X射线衍射(X-ray diffraciton)

2．3．3 光致发光谱(Photoluminescence)

2．4 Apsys模拟软件

3 喷淋头高度对InGaN／GaN量子阱生长的影响

3．1 引言

3．2 InGaN／GaN量子阱制备方法

3．3 表征结果与分析

3．4 本章小结

4 Apsys模拟电子阻挡层n-AlGaN对LED性能的影响

4．1 引言

4．2 Apsys模拟LED样品

4．3 模拟结果与分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢