P型GaN基材料缺陷的光学性质研究与电子阻挡层结构优化

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GaN基光电器件在固体照明和高密度光存储方面已经有了广泛的应用,并且已经商业化生产,但是为了达到更优良的性能仍有很多问题需要解决。p-GaN基材料、在高注入条件下工作的GaN基光电器件如(GaN基激光器)中采用的电子阻挡层,仍然是备受关注的课题。本论文研究了Mg掺杂p-GaN和p-AlGaN/GaN超品格中由缺陷引起的发光峰,并且通过数值模拟的方法对GaN基激光器中Mg掺杂电子阻挡层(EBL)的位置进行优化。   本论文的主要内容和主要结果如下:   一、通过观测不同流量Mg掺杂GaN和超晶格在不同退火温度和激发强度下的荧光光谱,结合霍尔测量,分析并探讨了p型GaN材料蓝光峰(BL)和紫外峰(UVL)的起源及相关影响因素;结合p-GaN中BL峰性质的讨论,证实了p型超晶格UVL峰物理起源是易热分解的浅施主(VNH)与浅受主(MgGa)对之间的跃迁,并同时会受到源于自补偿效应的深施主(MgGaVN)一浅受主(MgGa)跃迁竞争的影响;随着激发强度的增加,超晶格中UVL峰位约有260 meV的蓝移,结合超晶格强极化场下的能带模型的分析,认为这是极化效应导致的锯齿状能带中,VNH与MgGa之间的跃迁方式的改变所引起。   二、通过数值模拟的方法,在能带结构,载流子分布以及漏电流等方面对GaN基激光器中EBL的位置变化进行了模拟分析,提出了优化方案。研究表明在紧邻p-AlGaN限制层插入EBL会获得较低的阈值电流。这是因为电子阻挡层与p型波导层界面的界面态和极化电场造成了能带的弯曲,电子很容易通过弯曲的能带而越过电子阻挡层形成漏电流。另外,当EBL在紧靠p-AlGaN限制层生长时,EBL对空穴的势垒要低得多,从而减弱对空穴的阻挡而进一步获得更低的阈值电流。
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