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InGaN材料具有优良的物理特性、化学特性、光学性质、电学性质以及优异的材料机械特性。它的禁带宽度大、击穿电场高、电导率大等诸多优点,在光电器件、高温大功率器件和高频微波器件等领域都有着广泛的应用。InGaN材料发光波长范围可以覆盖从红外到绿光的整个范围,它的研究和发展将为全球实现半导体照明奠定基础。
为了更好地理解与InGaN/GaN量子阱有关的物理问题以及提高它们的工作性能,详细地分析材料的结构和缺陷,以及研究它们与光学、电学特性之间的关系显得尤为重要。本文利用有机金属化学气相沉积(MOCVD)方法外延生长了GaN基LED结构。主要研究内容如下:
研究了InGaN/GaN量子阱结构MOCVD外延生长中,从InGaN阱层生长温度(低温)到GaN垒层生长温度(高温)的升温过程对量子阱发光特性的影响。研究表明升温过程是一个原位退火过程,它造成了InGaN层中富In区分布的变化:延长升温时间导致富In区由大变小,密度增加,并最终形成高密度的富In类量子点。富In区量子限制的增强导致发光峰位蓝移,同时富In点的密度增加导致发光效率提高。
蓝光InGaN/GaN MQWs中垒层的In源流量的增加显著改变了MQW的结构质量和光学特性。当In源流量从10 sccm增加到40 sccm时,MOW的结构质量变差并出现了弛豫。但是,变温PL发现:MOW的PL峰位发生了蓝移,而且降低了非辐射复合。我们结合局域化效应和量子限制斯托克效应(QCSE)分析了In流量的变化对MQW光学特性的影响。较高的In组分使载流子的局域化效应更为明显,从而压制了由位错引起的非辐射复合过程。