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硅衬底GaN材料生长及其LED老化性能研究
作 者: 程海英
导 师: 江风益;方文卿
学 校: 南昌大学
专 业: 材料物理与化学
关键词: GaN δ掺杂 LED老化 寿命实验 MOCVD ZnO 缓冲层温度
分类号: TN304
类 型: 硕士论文
年 份: 2006年
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内容摘要
GaN为宽禁带半导体材料,在信息显示和固态照明等领域具有广阔的应用前景,因而倍受关注、发展十分迅速。目前,蓝宝石衬底是GaN异质外延最常用的衬底材料,但蓝宝石衬底本身不导电并且解理困难。相比而言,硅衬底则是一类极具发展潜力的衬底材料。与蓝宝石衬底相比,硅衬底具有低成本、大面积、高质量、导电导热性能好等优点。使用Si片作为GaN外延薄膜的衬底有可能实现光电子和微电子的集成,因此Si基GaN的研究受到了广泛的关注。然而Si衬底与GaN外延层之间巨大的晶格失配和热失配为Si衬底GaN材料的生长设置了重重障碍,生长出的Si衬底GaN材料易产生大量的位错及裂纹。近几年来,Si衬底GaN材料的生长取得了很大的进展,Si衬底GaN基LED的发展也非常迅速。本论文主要研究了δ掺杂对硅衬底GaN蓝光LED外延膜性能的影响;对硅衬底GaN基LED器件的老化寿命特性进行了相应的研究;并初步研究了常压MOCVD法在Cu/Si(111)基板上ZnO薄膜的生长及其性能;得到了如下一些有意义和部分有创新性的研究结果: 1、通过对δ掺杂Si处理样品及未处理样品的相关性能进行的比较,分析了δ掺杂Si处理对GaN外延膜结晶性能的影响。研究表明δ掺杂Si处理后GaN外延膜的相关性能会相对变好。 2、用XRD方法通过不同晶面的ω扫描测试及Lattice-rotation模型的拟合计算得出GaN/Si样品的螺位错密度和刃位错密度,通过XRD的位错及应力的分析发现δ掺杂Si处理后生长的GaN样品中螺位错密度有所增大,刃位错密度会减少,总的位错密度仍有所减少;样品的非均匀应变较大。相应样品LED的电致发光光谱、I-V特性曲线的测试表明δ掺杂Si处理后的GaN/Si LED的光电性能、I-V性能变好。 3、通过电流加速寿命实验法对硅基GaN蓝光LED进行了老化寿命实验。利用公式拟合出硅基GaN蓝光LED的寿命长达4.6万小时。部分GaN/Si蓝光LED的主波长在老化后有不同程度的红移,寿命越短红移量越大。我们推测主波长红移的原因可能为:通大电流时,芯片温度升高,使GaN/Si蓝光LED器件
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全文目录
摘要 3-5 Abstract 5-8 目录 8-11 第一章 GaN基半导体材料性质及其器件的研究进展 11-39 1.1 引言 11-13 1.2 GaN材料及器件的发展概况 13-15 1.3 GaN结构及性质 15-20 1.3.1 GaN的结构特性 15-17 1.3.2 GaN的电学特性 17-18 1.3.3 GaN的能带结构和光学特性 18-20 1.4 GaNLED器件及其应用 20-23 1.5 GaN生长衬底的选择 23-27 1.6 Si衬底性质及Si(111)衬底GaN生长 27-31 1.6.1 Si衬底结构和性能 27-28 1.6.2 Si(111)衬底上生长GaN 28-30 1.6.3 Si(111)衬底GaN基LED 30-31 1.7 本论文研究内容和行文安排 31 参考文献 31-39 第二章 GaN薄膜的MOCVD生长与性能分析 39-56 2.1 MOCVD技术简介 39-40 2.2 用于GaN生长的Thomas Swan MOCVD系统 40-41 2.3 硅衬底GaN外延生长工艺 41-42 2.4 δ掺杂对硅衬底GaN蓝光LED外延膜性能的影响研究 42-54 2.4.1 硅衬底GaN蓝光LED外延膜的δ掺杂处理 42-43 2.4.2 X射线双晶衍射技术 43-45 2.4.3 用X射线双晶衍射技术对所生长的样品进行分析研究 45-52 2.4.4 两样品制成的LED光电性能测试分析研究 52-54 2.4.5 结论 54 2.5 小结 54 参考文献 54-56 第三章 硅衬底GaN基LED器件老化特性研究 56-73 3.1 引言 56-57 3.2 GaN基LED的相关知识 57-62 3.2.1 与LED效率相关的几个概念 57-58 3.2.2 LED的光学特性常识 58-59 3.2.3 计算LED寿命的方法 59-62 3.3 硅基GaN蓝光LED的老化寿命分析 62-67 3.4 硅基GaN绿光LED的老化寿命分析 67-70 3.5 小结 70-71 参考文献 71-73 第四章 常压MOCVD法在Cu/Si(111)基板上生长Zno薄膜的研究 73-98 4.1 引言 73-74 4.2 ZnO结构及其性质 74-81 4.2.1 ZnO材料的基本特性 74-75 4.2.2 ZnO的结构特性 75-77 4.2.3 ZnO的能带结构和光学性质 77-80 4.2.4 ZnO的电学特件 80-81 4.3 MOCVD方法Cu/Si(111)基板上ZnO薄膜的生长 81-93 4.3.1 ZnO薄膜生长衬底材料的选择 81-82 4.3.2 Si衬底ZnO薄膜的研究进展 82-84 4.3.3 生长ZnO薄膜的常压MOCVD系统 84-86 4.3.4 Cu/Si(111)基板上ZnO薄膜的生长工艺 86-88 4.3.5 ZnO/Cu/Si(111)薄膜性能分析 88-93 4.3.6 结论 93 4.4 小结 93-94 参考文献 94-98 第五章 结论 98-100 附录 100-101 致谢 101
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料
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