量子阱周期数变化对InGaN/GaN基蓝光LED结构和光学性质的影响

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以GaN为代表的Ⅲ族氮化物作为第三代半导体材料,具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、导热性能好、化学稳定性高等优点。Ⅲ族氮化物材料因其优良的性质和可调的宽禁带宽度在光电/电子行业尤其是在固态照明行业广泛应用。InGaN/GaN多量子阱结构作为发光器件如发光二极管和激光器中不可或缺的材料受到人们的广泛关注。高光效、高性能的光电器件一直是科研人员奋斗的目标。尽管目前以InGaN/GaN多量子阱材料作为有源区的发光二极管(LED)的发光性能已经有了明显进步,进一步提高光电二极管的发光效率和研究其发光机理还是长期的工作内容。  为了更好地探索InGaN/GaN基材料的发光机理以及进一步提高器件的性能,我们采用低压MOCVD生长方法,通过生长工艺的优化,成功地制备出不同量子阱数目的InGaN/GaN基量子阱结构发光二极管,结合光致发光,X射线衍射分析等技术详细地分析了量子阱数量的改变对结构及光学性能的影响。本文通过控制量子阱的应力弛豫有效提高量子阱有源区的晶体质量,分析了应力弛豫和晶体质量改善之间的竞争关系,具有一定的学术和应用价值。实验中固定了量子阱垒和阱的生长温度和生长周期时间,采用了两个不同的量子阱数。高分辨X射线衍射结果显示不同的量子阱数并不对量子阱结构参数及In的平均组分产生影响,但是PL的研究表明两个样品表现处截然不同的发光特性。 Arrhenius方程拟合结果说明了两种非辐射复合中心的存在,晶体质量的提升大大降低了非辐射复合中心的浓度。结果表明量子阱数目的累积导致应力的累积和量子阱界面质量的提升,大量降低了非辐射复合中心的密度,从而获得更高的发光效率。
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