Ⅲ-Ⅴ族材料量子点发光性质的模拟分析

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随着日亚公司在蓝光LED技术上的突破,GaN基Ⅲ-Ⅴ族宽禁带半导体发光器件受到了广泛的关注。特别是GaN基白光LED的实现,其在新材料、新工艺上的许多优点,使其作为第四代照明光源,在庞大的照明市场和节能方面有广阔的发展前景。目前实现白光LED的途径有3种:一种是用LED芯片所发光激发荧光粉,芯片和荧光粉发出的光混合成白光;另一种是利用红光、绿光、蓝光LED制备LED白光组件;还有一种是利用多个活性层使LED直接发白光。虽然荧光粉型LED在发光效率方面得到了提升,但其在显色指数方面存在较大缺陷,并且荧光粉的无辐射复合使LED效率下降,转化效率低,并且荧光粉的老化降低了LED器件的寿命,这些缺陷阻碍了荧光粉型LED在普通照明领域的应用和推广。多个活性层LED白光器件还处于研究阶段,其存在各个波长强度分布不均的情况。基于上述原因,本文通过APSYS软件模拟计算一种量子点参与的单芯片多波长LED。   量子点是准零维(quasi-zero-dimensional)的纳米材料,其内部电子在各方向上的运动受到局限,使其对载流子有较强的束缚能力,可抑制载流子向非辐射中心的迁移,增强带间跃迁,即量子限域效应(quantum confinement effect)显著。量子点中的载流子在三个维度方向上的能量都是量子化的,其态密度分布为一系列的分立函数,类似于原子光谱性质,因而人们往往也把量子点称之为“人工原子”。量子点的发光光谱可以通过改变量子点的尺寸大小来控制,而且量子点具有很好的光稳定性、宽的激发光谱和窄的发射谱、荧光寿命长等优点。本文主要研究结果如下:   1.应用APYSY软件模拟计算GaN基量子点的发光性质,将不同尺寸的量子点植入多量子阱GaN基LED中,通过模拟计算研究其发光波长,计算了半径为1.8nm、2.6nm、4nm、8nm、13nm的量子点的发光波长,其对应的发光波长为539nm、549nm、562nm、578nm、623nm,可以看出量子点的发光波长可覆盖整个可见光区,而且随着量子点尺寸的增加波长出现红移。   2.结合第一部分不同尺寸量子点的发光波长,分别将半径为1.8nm的绿光量子点和半径为13nm红光量子点植入到量子阱中,并结合无量子点植入的蓝光量子阱,实现单芯片的RBG型白光LED。模拟计算了其载流子浓度分布情况、各个波长的辐射强度,通过分析表明靠近N层空穴浓度下降,辐射强度降低。为了实现各波长均匀发光,本文尝试通过调节量子点的分布密度,达到调节各波长发光强度的目的。
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