硕士论文-氮化镓基LED芯片的制备研究

华东师范大学硕士学位论文氮化镓基LED芯片的制备研究姓名：姚雨申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师：靳彩霞20070401氮化镓基LED芯片的制备研究作者：姚雨学位授予单位：华东师范大学相似文献(10条)1.学位论文李东昇1.R面蓝宝石上生长的A面GaN;2.GaN基发光二极管的光电性能2004该论文的工作分成两部分:一是用MOCVD在R面蓝宝石上生长A面GaN材料,分析和研究外延材料的性能,二是研究GaN基发光二极管的光电性能.在第一部分研究工作中,作者用MOCVD方法在R面蓝宝石上生长非极性的A面GaN.通过分析改变生长条件对晶体质量的影响,研究了生长的机制.晶体表面形貌主要由{11'-01}和(0001'-)系列N极性面的稳定性和原子在表面的迁移长度控制:随着温度升高、反应室气压降低或者V/III比的降低,晶体表面的孔的密度和尺寸都减小,沿着[0001]方向的条纹状结构变得更加明显.用X射线和喇曼光谱等手段分析了外延材料的性能.A面GaN中存在很大的应力各向异性.研究表明,使用不同的载气对材料的性能有不同的影响.使用氢气作为载气生长的GaN的剩余应力比使用氮气作为载气要大得多.A面GaN中存在结构上和电学输运等方面的各向异性.经过分析表明,A面GaN的这些各向异性是表面原子迁移的各向异性而引起.在第二部分研究工作中,作者研究了GaN基发光二极管的一些光电性能.首先,研究了InGaN/GaN多量子阱中InGaN量子点的起源,我们发现,在低In组分的时候,InGaN量子点主要是由于螺旋位错和混合位错引起,在高In组分的时候,则主要是由于相分离引起.然后,研究了GaN基发光二极管的反向漏电流与位错之间的关系,随着电压增大,螺旋位错和混合位错引起的漏电流迅速增大,其它途径引起的漏电流占的比例越来越小.GaN基LED的反向电流电压特性不能用常见的肖克莱二极管模型解释,可以用以下公式表示:I=I,0e'qV/E,0其中,I,0是漏电系数,V和E,0分别是外加偏压和能量参数,在不同的偏压条件下,能量参数E,0也具有不同的数值.研究发现,能量参数E,0与螺旋位错和混合位错引起的电子态有关,漏电系数I,0与螺旋位错和混合位错密度平方成正比.在不同衬底上生长的样品中螺旋位错和混合位错引起的电子态有差别,在不同反应室气压条件下生长的样品中螺旋位错和混合位错引起的电子态也有差别.2.学位论文韩英军1.LT-GaAs/AlGaAs材料的物性分析及应用;2.GaN基材料在发光二极管中的应用2003该论文所从事的研究工作主要集中在两个方面:一是LT-GaAs/Al,0.3Ga,0.7As材料的物性分析和其在光折变器件上的应用,一是GaN基材料在发光二极管中的应用.在第一部分研究工作中,作者用低温分子束外延技术,在不同砷压条件下生长了GaAs/Al,0.3Ga,0.7As多量子阱结构.通过对其光学性质的分析,作者发现在不同砷压条件下生长的GaAs/Al,0.3Ga,0.7As多量子阱的光学特性存在明显不同,而这种光学特性的不同是由于砷压对低温材料中点缺陷的不同控制作用所导致的.在第二部分研究工作中,作者通过改善材料的生长条件和器件工艺,获得了5mW的GaN基蓝光二极管.与此同时,作者也对在衬底温度升高时,NH,3流量对GaN/InGaN量子阱光学特性的影响作了深入研究,发现在不同的NH,3流量条件下,量子阱中In组份的分布也不同.3.学位论文于东麒ZnO纳米结构与器件的制备和研究2009近年来，半导体纳米结构因其在先进器件等方面存在广阔的应用前景，而成为国内外纳米领域人们关注的热点。其中，ZnO纳米阵列结构被认为是最具有应用前景的纳米材料之一。ZnO是一种宽禁带直接带隙Ⅱ-Ⅳ族半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，具有较大的激子束缚能(60meV)，是制备下一代短波长发光二极管(LED)和激光器的最佳候选者之一；它具有良好的压电性和生物适合性，可用于压电传感器、机电耦合传感器、表面声波器件、微机电系统和生物医药等领域。而且，制备ZnO纳米结构的技术较多，如：化学气相沉积(CVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、热蒸发、分子束外延(MBE)等。因此，ZnO纳米结构成为众多研究者关注的焦点，许多研究人员通过各种制备技术得到了不同形貌和性质的ZnO纳米结构。本文以ZnO材料为出发点，重点研究了目前阻碍ZnO基纳米器件发展的难点问题：制备高质量的ZnO纳米结构阵列和p型掺杂ZnO纳米结构。同时对ZnO基纳米线场效应晶体管器件进行了初步研究。通常人们采用金属催化的方法生长ZnO纳米结构，但是这些金属催化剂会引入新的杂质缺陷，所以发展无催化方法制备ZnO纳米结构是很有必要的。据了解，到目前为止还没有关于无金属催化的脉冲激光沉积(PLD)方法制备ZnO纳米结构的报道。本文采用PLD技术通过独特的方法在InP衬底上实现了ZnO纳米结构阵列的可控生长，实验中没有采用金属催化剂，避免引入了新的杂质缺陷。通过SEM、XRD、PL谱等表征手段对其进行了表征，结果表明制备出的ZnO纳米结构具有较好的表面形貌和结晶质量，常温PL呈现出紫外发射峰和绿光发射峰，表现出良好的光学性质。这种简单的PLD法为进一步制备质量满足纳米器件要求的ZnO纳米结构提供了一种无金属催化的生长方法。进一步优化生长条件制备出整齐的ZnO纳米结构阵列。SEM显示制备出的ZnO纳米结构阵列具有很好的表面形貌和择优生长取向；XRD测试结果表明ZnO纳米结构阵列结晶质量很好；低温PL谱出现新奇的现象，通过比较不同生长温度的低温PL谱，推断磷元素可以从InP衬底溢出扩散进入ZnO，形成磷掺杂的ZnO(ZnO:P)纳米结构阵列；采用变温和变激发PL光谱对光学特性和发光机理进行了细致研究，证实了磷元素是作为受主掺杂进入ZnO纳米结构阵列；采用Arrhenius公式对实验数据进行拟合计算，计算出的受主束缚能EA的数值与理论模型预言和其他课题组得到的实验数据相符合。本实验成功制备出ZnO：P纳米结构阵列，为实现ZnO基纳米器件的p型掺杂提供了一种可借鉴的方法。通过在反应源中加入P2O5粉末的简单约束管化学气相沉积方法在α-蓝宝石衬底上制备出具有奇特形貌的磷掺杂ZnO纳米四角棱锥结构。SEM测试显示未掺杂和磷掺杂的ZnO纳米四角棱锥结构具有相似的形貌特征，但是ZnO:P纳米四角棱锥的顶端要比未掺杂的尖锐：XRD测试结果表明制备出的未掺杂和磷掺杂的ZnO纳米四角棱锥具有良好的晶体质量；选择区域电子衍射出现了清晰的矩形亮斑衍射花样说明未掺杂和磷掺杂的ZnO纳米四角棱锥的晶体结构为六角纤锌矿结构，结晶质量很好具有明显的(002)择优生长取向；通过比较未掺杂和磷掺杂样品的低温PL谱，发现未掺杂样品出现施主束缚激子(D0X)和自由激子相关的发射峰，磷掺杂样品的低温PL谱中D0X消失并出现了几个新的发射峰，推测这几个发射峰应该是与磷掺杂有关，采用变温和变激发PL谱表征磷掺杂样品的光学性质，通过对机理的分析确认这几个发射峰是与磷受主掺杂相关的：A0X，FA，DAP以及DAP-1LO，因此证实了磷元素是作为受主掺杂进入ZnO。利用Arrhenius公式和Haynes规则通过实验数据拟合得出受主束缚能EA。本实验通过一种简单的CVD方法和一种廉价的P2O5掺杂源实现了ZnO纳米结构的p型掺杂，这为进一步实现ZnO基纳米器件提供了一种可行的p型掺杂方法。通过化学气相沉积方法生长出ZnO纳米线，利用电子束蒸发和光刻技术制备出规则的微米级Au电极，将单根ZnO纳米线搭连在Au电极上，组装出了最基本的半导体ZnO纳米线场效应晶体管。利用I-V特性测试仪对制作的ZnO纳米线场效应晶体管的I-V特性进行测试分析，结果显示该场效应晶体管具有良好的整流特性，达到了场效应晶体管应用的基本要求。4.期刊论文韩军.李建军.邓军.邢艳辉.于晓东.林委之.刘莹.沈光地.HANJun.LIJian-jun.DENGJun.XINGYan-hui.YUXiao-dong.LINWei-zhi.LIUYing.SHENGuang-di高亮度AlGaInP红光发光二极管-光电子·激光2008,19(2)对用于提高AlGaInP红光发光二极管(LED)出光效率的分布布拉格反射镜(DBR)和增透膜进行了分析,用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长了包含DBR和增透膜的LED,在20mA注入电流下,LED的峰值波长为623nm,光强达到200mcd,输出光功率为2.14mW.与常规的LED相比,光强和输出光功率有很大的提高.5.学位论文王晓晖GaN基单芯片白光发光二极管的研究2008GaN基白光发光二极管(LED)是实现固态照明革命的关键因素，实现无荧光粉转换的白光LED是照明工程的目标。本文利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法外延生长了GaN基单芯片白光LED，重点研究了白光LED的发光机理以及实现对白光LED发光品质的调制。主要研究内容如下：1)我们在国内外首次制备了不需要荧光粉转换的单芯片白光LED，并且结合实验研究了白光LED的发光机理以及特性。本文采用在InGaN插入层(UL)之上InGaN/GaN多量子阱，获得了单芯片白光LED。在不同的注入电流下，该LED所发出的光颜色不同，从ImA时的单一颜色黄光变化到5mA及以上注入电流时的白光。白光LED的I-V特性显示，对比于普通LED其具有更低的开启电压，我们认为这是由于InGaN量子阱中存在势能较低的局域态所导致的。对LED进行了透射电子显微镜(TEM)测量，结果表明InGaN量子阱中形成了大量的黑点，密度为1012cm-2。PL测量表明这些黑点是InGaN量子阱中相分离所产生的富In量子点。实验结果分析表明，LED中出射的白光，其黄光来自于InGaN量子阱中的富In量子点，而蓝光则来自于量子阱其他低In组分区域。2)研究了应变调制白光LED发光品质的机理。研究表明，通过改变InGaNUL层的厚度，可以改变白光LED的发光品质，使其色坐标从单一光变化到混合光白光。这种行为与InGaNUL层的弛豫度有关。InGaNUL层弛豫度不同，在InGaN量子阱中会发生In组分的相分离的程度不同，因此InGaN量子阱中富In量子点与低In组分局域态的密度也不同。非对称X射线倒空间mapping(RSM)以及TEM测量证实了应变弛豫对InGaN量子阱中相分离的促进作用。载流子注入到有源区的时候，被InGaN量子阱中的不同组分的局域态俘获之后复合发出混合光，从而我们实现了利用InGaNUL层对白光LED的光品质调制。3)与蓝光LED激发黄色荧光粉白光LED以及紫外LED激发双基色白光LED相结合，研究了单芯片白光LED的光衰减以及照明。研究表明，单芯片白光LED具有跟普通绿光LED几乎一样的光衰减特性，而紫外LED激发双基色白光LED与蓝光LED激发黄色荧光粉白光LED的光衰减很快，这是由于荧光粉转换产生的热导致LED芯片加速老化以及紫外线导致树脂老化所引起的。对不同电流下三种白光LED的色温以及显色指数的研究表明，单芯片白光LED在工作电流下具有较好的色温，但显色指数偏低。这是由于带填充效应以及载流子屏蔽效应所引起的长波长范围内光的缺乏所导致的。关键词：氮化镓，金属有机物化学气相沉积，发光二极管，相分离，单芯片白光发光二极管，应变弛豫，局域态6.学位论文王立ZnO薄膜的MOCVD生长及GaN/Si绿光LED特性研究2006本论文分为两大部分。第一部分为氧化锌薄膜的MOCVD生长及性能研究；第二部分为硅衬底氮化镓基绿光LED材料生长及器件性能研究。第一部分：氧化锌作为一种多功能材料，已经有着几十年的应用历史。然而，在近年短波长发光器件越来越受重视的背景下，氧化锌作为一种具有巨大潜力的发光材料正在被人们重新“发现”。与氧化锌的传统应用不同，要制作高效率的发光器件，必须首先获得高质量的氧化锌单晶薄膜。近几年来，尽管国际上氧化