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《大连理工大学》 2010年
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GaN/ZnO基异质结发光器件的制备与研究

陈睿姝  
【摘要】: GaN基材料主要包括二元的AlN、InN, GaN,三元的AlGaN、InGaN和四元的InGaAIN等。通过调节其合金组份,可以获得从0.7eV到6.2 eV的连续可调带隙。故GaN及其相关的三族氮化物材料成为近年来光电子材料研究领域的热门课题。目前,GaN材料P型掺杂已经突破,高功率的GaN基蓝光LED已经开始商业化,GaN基蓝光激光器件也开发成功。但是在黄绿光或更长波段,由于高温p-GaN的生长会破坏量子阱结构,造成这种光电器件很难制备。ZnO也是一种直接带隙宽禁带半导体材料,易掺杂成n型,生长温度低。室温下的禁带宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 meV,非常适于制备室温或者更高温度下的高效率受激发射器件。但是,ZnO的p型掺杂比较困难,难以制成高质量的ZnO同质p-n结。所以,一般仍然用异质结来实现ZnO的紫外发光。由于ZnO和GaN的禁带宽度、晶格常数比较相近,晶格失配和热适配度也比较小。所以,采用n-ZnO和p-GaN作为异质结是一个很好的选择。 本论文中主要研究了采用GaN/ZnO异质结结构实现黄绿光发光二极管及紫外发光管的方法,并利用Hall测试、光致发光谱(PL)、I-V特性曲线及EL谱图对薄膜异质结的电学和光学性能进行表征。 本论文主要分为两大部分: 一、GaN基黄绿光发光二极管的制备研究。采用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长n-ZnO/(InGaN/GaN)MQWs/p-GaN异质结结构。通过在位监测图分析了MQWs的生长情况,并测量了MQWs/p-GaN异质结光致发光(PL)光谱,说明成功实现了MQWs的发光。之后,制成n-ZnO/(InGaN/GaN)MQWs/p-GaN异质结发光二极管。测量其Ⅰ-Ⅴ特性曲线,并与n-ZnO/p-GaN异质结发光二极管的Ⅰ-Ⅴ特性曲线进行对比;测量了其电致发光(EL)谱图,测得峰值波长为588nm,为黄绿光波段,其成品照片也证明了这一点;还研究了不同电流注入条件下n-ZnO/MQWs/p-GaN异质结发光二极管的电致发光光谱。 二、采用MOCVD方法生长n-ZnO/i-ZnO/AlGaN/p-GaN异质结结构。首先研究了不同温度下AlGaN/p-GaN异质结的PL谱图,当温度为600℃时,AlGaN/p-GaN结质量最好。在该温度下制得n-ZnO/i-ZnO/AlGaN/p-GaN异质结发光二极管,测量了其Ⅰ-Ⅴ特性曲线和EL谱图,测得峰值为379nm的紫外峰,峰较尖锐,半峰宽小,器件缺陷较少。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN383

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