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基于GaN基材料的的发光二极管(LED)在蓝光和绿光波段技术很成熟,已经实现了工业化生产。在固体照明领域,实现GaN基白光LED非常重要。目前,实现白光LED的技术主要通过蓝光或紫外LED激发荧光粉实现,这类技术手段因需要添加荧光粉增加了工艺的复杂性等问题。按照量子力学和半导体物理等理论分析,LED中的有源层多量子阱结构能够限制载流子,并提高发光效率。但,普通的蓝光LED,即量子阱结构在PN结中,在共振激发模式下,本该被限制在量子阱内的光生载流子却逃逸出量子阱内,并在外电路有开路电压或短路电流等现象,同时短路条件下光荧光减弱很多。这些现象表明,PN结内多量子阱结构在载流子输运方面有与基于传统理论分析相悖的地方。本论文以提高光电器件性能为目的,并针对上述问题,一方面设计复合量子阱结构,通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法外延并获得了基于双波长结构的单芯片白光LED;另一方面,针对PN结量子阱结构中反常的载流子输运情况进行了系统的测量分析,并提出相应的物理机制和载流子输运模型。主要研究内容包含:(1)设计了复合量子阱结构,获得了基于双波长结构的单芯片白光LED。在20mA的注入电流下,实现了无荧光粉型白光LED。对该结构进行了共振激发模式下变温光致发光(PL)分析,认为复合量子阱结构中局域态更多,这将有助于获得晶体质量更好的黄光阱层材料,提高长波长发光效率。(2)系统测试分析了PN结型量子阱结构中反常的载流子输运情况,并提出了相应的物理机制和载流子输运模型。通过系统实验观察到,PN结量子阱结构材料在405nm共振激发模式下,能测出开路电压或短路电流。对比这两种外部电路情况下的光致发光光谱,发现短路下PL强度明显降低。所以认为,光生载流子没有限制在阱内,而是逃逸出量子阱。这种载流子逃出量子阱的现象却没有在NN型量子阱结构中发现,因此排除了热激发或隧穿的作用导致载流子逃出量子阱。进而提出了物理机制和载流子输运模型,认为光生载流子能在PN结内建电场的作用下直接逃出量子阱,辐射复合发光发生在载流子逃逸过程之后。