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Ⅲ族氮化物材料其带隙可从0.7eV到6.2eV连续可调的特性,加之直接带隙对于光电应用的优越性,使其能够成为发展近红外-可见光-紫外波段半导体光电器件的最优材料之一。近年来,随着对GaN基LED的大量广泛研究和应用,蓝绿光LED的制备技术已经相对成熟。并且GaN基的第三代半导体材料和器件产业化发展迅猛。
由此GaN基器件的性能成为研究热点,尤其是InGaN/GaN基的LED光源,而影响器件性能的关键因素在于材料的生长结构的质量。对于InGaN/GaN基的LED,多量子阱的结构质量对LED性能来说非常重要,而生长阱宽正式其中一个重要因素,研究不同阱宽对多量子阱光学特性和电学特性的影响具有有重要的科学意义。双晶X射线衍射(XRD),原子力显微镜(AFM),电致发光测试系统(EL),光致发光测试系统(PL),Hall测试仪等是研究Ⅲ族氮化物晶体结构和光学和电学性质的几种有效分析手段。在本论文中,采用以上多种表征手段研究了利用Veeco K465iMOCVD生长的不同阱宽InGaN/GaN多量子阱和LED全结构,因阱宽不同而引起的结构以及光学和电学性质上的差别。并在实验结果的基础上,结合APSYS软件对结构进行了理论模拟,分析得出了因结构不同造成光学性质差异的物理机制。
本文的工作有:
1、利用金属有机物化学气相淀积技术(MOCVD)在C面蓝宝石衬底上生长出了特定条件下的三组不同阱宽InGaN/GaN量子阱结构和两组LED全结构。通过XRD衍射ω/2θ扫描峰推算出InGaN/GaN量子阱中In组分的大致含量。由样品的摇摆曲线探讨量子阱的生长结构,并结合AFM图像探究样品的结晶质量。
2、利用单一功率PL测试不同样品的光致发光的光谱及光强,得出不同样品中心波长与载流子复合率的区别。然后利用EL测试系统探究不同样品的峰值波长蓝移情况和外量子效率。最后将实验结果与之前的得出晶体生长质量的分析结果进行结合分析,探讨不同特性产生差异的相关性。
3、利用APSYS软件对所得结构进行模拟,与实验结果进行对比论证。简单探究不同样品光学和电学性质产生差异的物理机制。