论文部分内容阅读
为了实现高性能AlGaN深紫外发光二极管的结构设计,减少电子泄漏,提高空穴注入,优化载流子的分布,提高正面出光效率。本文围绕深紫外发光二极管所必须解决的发光特性问题,通过优化AlGaN发光二极管结构设计来提升器件性能,具体开展的研究工作如下:(1)通过APSYS软件设计了Al组分缓变的新型AlGaN量子阱结构。对比采用传统结构与Al组分渐变的量子阱结构,研究不同的量子阱Al组分变化方式对器件性能的影响。结果表明,采用Al组分渐变的量子阱结构能够显著减少量子阱间因AlGaN材料的强极化效应导致的电子空穴波函数分离,减少量子阱中的平均电场强度,实现更有效的载流子复合,显示出良好的器件性能。在此基础上我们又进一步设计Al组分缓变量子阱结构,分析表明,缓变Al组分量子阱结构不仅具备渐变结构的优点而且能够显著提高电子阻挡层的势垒高度,从而减小电子泄漏,提高空穴的注入效率,因此深紫外发光二极管的器件性能得以进一步提升。(2)通过APSYS软件设计了宽台阶状末层量子垒(LQB)。对比采用传统结构与宽末层量子垒结构,研究宽台阶状末层量子垒对AlGaN深紫外发光器件的性能影响。仿真结果表明,采用更宽的台阶状末层量子垒的设计可以显著提高器件的内量子效率以及发光功率。器件性能显著提升的主要原因是相比传统的10nm固定Al组分AlGaN末层量子垒,20nm的AlGaN末层量子垒特别是两层台阶状末层量子垒由于在靠近电子阻挡层的台阶层Al组分较低因此可以有效提高AlGaN电子阻挡层的有效势垒高度,从而增强电子在有源区的限制,减少电子的泄漏,并且价带中更低的势垒高度也有利于空穴的注入和传输,因而提高载流子辐射复合速率,改善器件综合性能。(3)通过APSYS软件设计和模拟了非对称台阶状末层量子垒(LQB)结构,对比采用了传统结构和宽度更大的末层量子垒结构,研究非对称台阶状末层量子垒结构对深紫外发光二极管性能的影响,模拟结果表明非对称台阶末层量子垒可有效提高电子阻挡层的有效势垒高度,同时降低空穴的有效势垒高度,因此可以强化对有源区电子的限制作用,增加空穴的有效注入与传输效率,表现出良好的器件性能。深入分析表明,当组分更高的台阶层厚度较小时,其量子阱中有着更小的平均电场强度,减少了阱中电子空穴波函数的分离,实现更合理的载流子分布调制,提高了电子和空穴的有效辐射复合率,从而显著提高器件的光电性能。