GaN蓝光LED的生长特性研究

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本文主要介绍了GaN基蓝光LED具体生长方法,介绍各参数对产品性能的影响,并介绍了一些提高产品性能的手段:  (1)、首先介绍了GaN的基本性质和生长过程中的主要影响参数,外延生长需要比较高的Ⅴ/Ⅲ比,Ⅴ/Ⅲ比会影响材料的晶体质量情况,高的Ⅴ/Ⅲ可以减小晶体中的螺型位错和刃型位错,提高晶体的质量;高压可以提高原子的表面迁移率,高压下主要是3D生长模式,低压下主要是2D-3D混合生长模式,低压也有利于掺杂,在Al、In掺杂的时候通常采用较低的压力。  (2)、介绍了PSS衬底对比planar衬底的优越性,PSS衬底可以有效地减少晶体缺陷,XRD测量PSS衬底的002和102面的半高宽都有着很大的下降,而且图形衬底可以增加30%的出光效率;成核阶段中成核的厚度对于PSS衬底的闭合有这很大影响,通过实验我们发现,4min生长时间(20nm-30nm的成核厚度)可以得到最好的晶体质量,粗化层阶段需要较高的压力可以抑制2D生长,通过3D模式来得到更加粗糙的表面;生长速率会影响晶体的质量,生长速率越低得到的晶体质量越好,质量越高缺陷越多,生长速率由1.64μm/H增加到3.66μm/H时,X射线衍射GaN(0002)和(10-12)峰的半高宽分别由233弧秒、263弧秒增加到了247弧秒、366弧秒,为了保更快更好的生长,一般采用2.0μm/H左右的生长速率最为合适。  (3)、介绍了Si作为电子来源的主要掺杂方法,通过dilute、source和inject等MFC来达到精确控制,Si的掺杂量和掺杂浓度呈线性;在nGaN层和MQW层接触面,我们采用渐变掺杂和间隔掺杂来对电流进行扩展,可以有效的增加器件的静电抗性,也可以减小漏电,两种方法均能提高ESD通过率30%左右,但是渐变掺杂可能会引起工作电压的上升;在nGaN中间我们使用nAlGaN/GaN来控制缺陷向上层的延伸,nAlGaN/GaN超晶格能够将缺陷有效的阻断,同时也能够实现一定的电流扩展,过厚的AlGaN层由于应力会导致表面出现六边形裂纹。  (4)、分析了InGaN量子阱的发光机理即量子限制starker效应进行电子和空穴的限制,In相分离形成富In区复合发光;研究了InGaN生长过程中温度决定了发光的波长,温度越高,In掺入越困难,低温情况下晶体质量不能得到很好的保证,InGaN生长中采用700-800℃最为适宜,TEGa的流量决定了量子阱的生长速率,阱和垒的厚度越大,其发光波长越长,单色性越差,2.5nm-3nm的阱的宽度发光效率最高同时光色越好;高压不利于In的掺入,压力越大掺入越困难,采用400mbar的压力生长最为适宜;NH3的流量越大,所提供的N气氛保护就越好,对In的掺入有很大的提升;介绍了插入InGaN/GaN预阱层对MQW光学和电学性能的影响,3nm/3nm的预阱层能够有效的释放应力,对于量子阱的极化效应和压电效应都有这很大的抑制,光的单色性和稳定性都有着很大的提升,但是过厚的插入层释放效果不明显,预阱周期过多会引入缺陷,降低器件的ESD能力,漏电也比较显著。
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