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《南昌大学》 2002年
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III-Ⅴ族氮化物及其高亮度蓝光LED外延片的MOCVD生长和性质研究

李述体  
【摘要】:宽禁带III-Ⅴ族氮化物半导体材料在短波长高亮度发光器件、短波长激光器、光探测器以及高频和大功率电子器件等方面有着广泛的应用前景。自1994年日本日亚化学工业公司率先在国际上突破了GaN基蓝光LED外延材料生长技术以来,美、日等国十余家公司相继报导掌握了这项关键技术,并分别实现了批量或小批量生产GaN基LED。尽管如此,这项高技术仍处于高度保密状态,材料生长的关键思想及核心技术仍未公开,还无法从参考文献及专利公报中获取最重要的材料生长信息。本论文就是在这种情况下立题的,旨在研究GaN基材料生长中的物理及化学问题,为生长可商品化的高亮度GaN基LED外延材料提供科学依据。 本文在自制常压MOCVD和英国进口MOCVD系统上对III-Ⅴ族氮化物的生长机理进行了研究,对材料的性能进行了表征。通过设计并优化外延片多层结构,生长的蓝光LED外延片质量达到了目前国际上商品化的中高档水平。并获得了如下有创新和有意义的研究结果: 1、首次提出了采用偏离化学计量比的缓冲层在大晶格失配的衬底上生长单晶膜的思想,并在GaN外延生长上得以实现。采用这种缓冲层,显著改善了GaN外延膜的结晶性能,使GaN基蓝光LED器件整体性能大幅度提高,大大降低了GaN基蓝光LED的反向漏电流,降低了正向工作电压,提高了光输出功率。 2、合适的氮化衬底工艺能改善外延层的光学和电学性能;但氮化衬底条件不合适,将使外延层质量下降。研究发现不合适的氮化衬底工艺导致GaN外延膜表面粗糙的原因主要是由于这种工艺影响了后续高温GaN的生长模式,促使GaN三维生长,与有关文献报道结论不一致。 3、光致发光光谱中未掺杂GaN单晶膜的2.9eV的蓝带发光机理尚未有定论。本文研究表明未掺杂GaN单晶膜出现的2.9eV的蓝带发光与补偿度有很强的依赖关系,我们把它归结为导带电子跃迁至受主能级发光(eA发光)。 4、首次报导了预反应对掺硅GaN外延膜黄带发光的影响以及随掺Si量增大,GaN:Si外延膜生长速率显著下降的现象。 5、研究表明:要获得高空穴载流子浓度的p型GaN,Mg的掺杂量必须适中。
【学位授予单位】:南昌大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TN312.8

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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9 林若兵;魏巍;冯倩;王冲;郝跃;;微波和高温器件的一种空气桥互连方法[J];半导体学报;2008年02期
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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2 记者 孙燕飚;三安光电力拓LED照明市场 欲进行产业垂直整合[N];第一财经日报;2010年
3 本报记者 梁红兵;国产MOCVD设备下线有望降低LED成本[N];中国电子报;2010年
4 本报记者 郑燃;丽讯携LED投影机发力我国市场[N];政府采购信息报;2009年
5 吴骏;大功率高亮度LED项目落户开发区[N];宜兴日报;2010年
6 本报记者 吴哲 陈韩晖;LED“照亮”传统经济升级道路[N];南方日报;2009年
7 本报记者 吕佳琪;欧普照明 挺进LED“金字塔尖”[N];中国房地产报;2009年
8 记者 申海洋;聚焦09年平板市场LED电视热潮来袭[N];民营经济报;2009年
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10 本报记者 郑燃;LED打印机叫好易 叫座难[N];政府采购信息报;2009年
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2 朱贺;图形化衬底LED芯片的技术研究[D];长春理工大学;2010年
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8 王云松;一种电荷泵多通道恒流白光LED驱动设计[D];复旦大学;2010年
9 郑世鹏;大功率LED产品光强分布的快速高精度测试方法研究[D];重庆大学;2010年
10 严叶挺;9W白光LED恒流驱动芯片设计[D];杭州电子科技大学;2010年
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