InGaN基近紫外发光二极管的多量子阱结构优化

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Ⅲ族氮化物半导体材料由于其宽禁带等优点,在发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、太阳能电池等光电器件中得到广泛的应用,而且近年来已经取得技术上的突破并实现产业化。Ⅲ族氮化物半导体LED在人类照明史上继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯后成为21世纪最具发展前景的照明光源。作为新型高效固体光源,其具有寿命长,能耗低、环保等优点,因而大量科研人员对此类LED进行研发。LED要想成为照明主角,除了要具有高效率、充分的亮度和较长的寿命,还要追求光线是否让人感到舒适。在“Green DeviceForum2010”上,三菱化学的折户文夫介绍说,演色性及色彩表现性等白光的色调在今后将越来越重要。   蓝光LED芯片激发黄色YAG荧光粉合成的白光显色指数低,发光颜色随着输入功率的变化而变化。近紫外LED的发光量子效率高于蓝光LED的发光量子效率(20%~40%)。采用近紫外LED芯片作为激发源,激发红绿蓝三基色荧光粉制备白光LED,其色度指标大多由荧光粉特性决定,可以在较大色温范围内实现高显色指数CRI,在较长时间内实现色彩稳定,提高对物体真实颜色的还原力,因此被认为是新一代白光照明的主导方向。   本文对近紫外LED结构进行了深入的研究,对近紫外LED的制作起到指导作用。获得了如下有创新和有意义的研究结果:   1、采用APSYS软件设计多量子阱垒层分别为GaN和Al0.1Ga0.9N的近紫外LED结构,模拟分析阱垒间的能带偏移对近紫外LED光电性能的影响。计算结果表明:采用Al0.1Ga0.9N材料做垒层时,可以有效地提高阱中的电子空穴浓度,很好的解决了近紫外LED中载流子溢出的现象;并且通过增加垒层的势垒高度,提高辐射复合率,改善Efficiency Droop问题。   2、采用APSYS软件设计多量子阱垒层为Al0.1Ga0.9N-AlxGa1-xN-Al0.1Ga0.9N(x取值为0.5、0.8、1.0、1.2、1.5)的近紫外LED结构,模拟分析不同的三层垒结构对近紫外LED光电性能的影响。计算结果表明:三层AlGaN垒层可以有效地调制极化效应引起的能带偏移,从而改善载流子分布,并且极大地提高各量子阱内空穴浓度,改善Efficiency Droop问题。   3、采用APSYS软件在垒层为Al0.1Ga0.9N-AlxGa1-xN-Al0.1 Ga0.9N的近紫外LED结构基础上,改变三层AlGaN的厚度比,模拟分析厚度比对近紫外LED的能带、内量子效率、电子空穴浓度分布等的影响。计算结果表明,厚度比不同时可以微调制能带倾斜程度,进一步改善载流子分布,提升载流子复合率和内量子效率。
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