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InGaN/GaN量子阱光致发光特性的测试与分析

作　者: 郭媛
导　师: 陈鹏
学　校: 南京大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 宽带隙蓝宝石衬底 GaN衬底 InGaN/GaN多量子阱光致发光(PL) 变功率变温自由激子束缚激子相分离晶格失配度量子点
分类号: O471.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

从20世纪90年代初开始,世界范围内掀起了研究高亮度可见光发光二极管(LED)的热潮,以它为基础的固体照明正在迅猛发展。因为高亮度LED采用双异质结构,要求材料具有良好的晶格匹配,这个要求对用于异质结LED的材料体系提出了严格的限制。Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体材料,拥有优良的光电性质,化学性质非常稳定,可在高温、酸碱、辐射环境下使用,并且禁带宽度大,因此在大功率的电子器件方面颇具吸引力,已引起了国内外众多研究者的兴趣。人们最感兴趣的Ⅲ-Ⅴ族氮化物是AIN、GaN、InN及其合金,通过控制它们各自的组份,其禁带宽度可从InN的0.7eV到GaN的3.4eV直到AlN的6.2eV连续变化,覆盖了整个可见光区,并扩展到紫外范围,适合制备高亮度LED。本论文就是在这种情况下立题的,首先利用光荧光的测量方法,研究了宽禁带半导体量子阱的发光特性,比较了分别在蓝宝石和GaN衬底上生长的两组InGaN/GaN多量子阱室温下的发光性能,然后进一步分析了在GaN衬底上生长的InGaN/GaN多量子阱低温下的发光特性。最后,通过AFM,变功率光致发光(PL)和阴极荧光谱(CL)的实验手段,研究了4个InGaN/GaN单量子阱的发光特性,除了生长温度,这4个样品的其它生长条件都是相同的。得到如下结论：1.在相同的激发功率密度下,GaN衬底上生长的InGaN/GaN多量子阱发光强度明显高于蓝宝石衬底上的,由此证明扩展缺陷对复合效率有很大的影响。2.在任何温度大功率激发条件下,自由载流子(或自由激子)的带边复合占主导地位,并且带边复合的强度随温度或激发功率的下降而减弱；在室温以下小功率激发条件下,局域的杂质能级引入的束缚激子复合占主导地位,其复合强度随温度或者激发功率的下降而单调上升。3.带边复合在样品温度上升或者激发功率变大时发生蓝移,而局域的束缚激子复合辐射的峰值波长,随样品温度和激发功率的变化没有明显变化。4.带边复合的半峰宽(FWHM)不随温度及激发功率变化,局域的束缚激子复合的半峰宽随激发功率增加而增加。5. InGaN系统是否会发生相分离同温度有关,同时GaN与InGaN之间的晶格失配度也影响InGaN外延层中的相分离。6.在670℃下生长的样品中,InGaN发生了相分离,形成了富InN区量子点。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章引言  9-21
  1.1 研究的背景和意义  9-11
  1.2 Ⅲ-Ⅴ族氮化物材料简介  11-16
    1.2.1 材料的的晶体结构  11
    1.2.2 量子阱的基本概念  11-13
    1.2.3 InGaN/GaN量子阱的简介  13
    1.2.4 量子阱的制备方法简介  13-16
  1.3 光致发光(PL)  16-21
    1.3.1 背景简介  16-17
    1.3.2 PL谱的基本概念  17-18
    1.3.3 GaN的光致发光谱  18-21
第二章 GaN材料量子阱发光特性的测量  21-35
  2.1 实验原理及实验要求  21
  2.2 实验样品  21-23
  2.3 样品一(C650SP)在室温条件下的变光强PL谱  23-27
  2.4 样品二(650FS)在室温条件下的变功率PL谱  27-30
  2.5 两种样品PL谱的比较与分析  30
  2.6 样品二的低温变功率PL谱  30-32
  2.7 样品二在变温条件下的PL谱  32-34
  2.8 本章小结  34-35
第三章生长温度对单量子阱发光特性的影响  35-43
  3.1 实验样品  35-36
  3.2 室温变功率光致发光谱  36-39
  3.3 InGaN系统相分离现象的研究  39-41
  3.4 本章小结  41-43
第四章结论  43-44
攻读硕士学位期间发表的学术论文  44-45
致谢  45-46
参考文献  46-49

InGaN/GaN量子阱光致发光特性的测试与分析

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