论文部分内容阅读
发光二极管(LED)作为一种新型的半导体固态光源,因其优越的性能在照明领域掀起新的浪潮,尤其是GaN基蓝光LED,已经成为当今国际科学研究的热点。随着科技的进步与工艺水平的提高,GaN基LED在发光效率、生长技术等方面取得了巨大突破,但是仍然存在一些问题亟待解决,例如:GaN材料具有较高的位错密度,造成晶体质量恶化;翘曲变形导致外延片表面波长分布不均匀,并限制了大尺寸外延片的生产;极化效应的存在导致发光效率下降;高质量InGaN阱层生长困难等。其中量子阱作为LED的核心结构,直接影响着器件的品质问题,对提高LED的光电性能起着至关重要的作用,因此不断完善对量子阱生长机制的探讨具有重要的意义。针对当前存在的问题,本论文采用金属有机气相沉积方法,通过优化外延层生长工艺,对InGaN/GaN多量子阱的生长过程进行探索,研究内容如下:(1)为了改善外延片波长的均匀性,系统研究了外延片翘曲对片内波长的影响,分析了外延片翘曲的演变过程及其形成机制。通过调节生长时间,获得不同厚度(分别为3.72、3.63和3.56μm)的非故意掺杂GaN缓冲层,进而调控多量子阱生长前外延片的翘曲程度,控制外延生长过程中所产生的应力。结果表明:当外延生长非故意掺杂GaN层厚度较大或者较小时(3.72μm、3.56μm),在n型GaN生长结束后,外延片的“凹面”变形程度不足,无法弥补在温度降低过程中由热应力导致的翘曲变形,使得量子阱生长时外延片不平整,进而影响In原子的并入;当非故意掺杂层厚度适中(3.63μm)时,在n型GaN生长结束后,外延片得到充足的“凹面”变形,使得继续外延生长量子阱发光层时,外延片的曲率值基本为零,从而得到表面波长均匀性良好的LED外延片,显著提高LED芯片的良品率。(2)为了研究In组分对In GaN/GaN多量子阱的晶体结构以及光学性质的影响,本文通过调控InGaN阱层生长时三甲基铟源(TMIn)的流量(分别为30、50和70 sccm),讨论了TMIn流量对多量子阱的影响。测试结果表明:随着TMIn流量的增加,增强了In的并入,In GaN合金中In含量增多,但其并入效率不断下降;In含量的增多,导致样品中位错密度增加,表面形貌发生恶化。在相同激发功率密度下的光致发光结果表明,随着In组分的增加,量子阱的发光强度下降且半高宽(FWHM)增大,进一步说明样品的晶体质量随TMIn流量的增大而恶化;不同激发功率密度下,由于能带填充效应与载流子屏蔽效应的影响,随着激发功率密度的提高,其峰值波长发生明显蓝移;变温PL结果表明,当TMIn流量为70 sccm时,峰值能量的S型曲线未出现明显蓝移,说明TMIn流量增加,导致In原子聚集程度增大,使得多量子阱中In局域态效应增强。