古诗文阅读大赛In组分渐变的InGaN/GaN多量子阱结构光学特性aidma
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随着社会的发展,在全社会用电量中,照明用电的比例越来越大。因此,迫切需要发展节能高效的新型照明。 近年来,发光二极管(light-emitting diode，LEDs)因其亮度高、能耗低、寿命长和响应快的优点,成为取代传统照明的第四代照明方式。在各种材料制备的LEDs当中,氮化镓(GaN)基LED由于具有直接带隙和带隙可调的优点,吸引了广泛的关注,并大量应用于普通照明、背光源和显示等领域。 GaN基LED，可以通过改变有源区铟镓氮(InGaN)或者铝镓氮(AlGaN)中In、Ga、Al三种元素的含量,实现禁带宽度从0.7 eV到6.2 eV的变化,其发光波长可以从近紫外覆盖到近红外。目前,InGaN/GaN多量子阱(MQWs)基LED在蓝光波段的内量子效率(IQE)已经超过90%。
但是随着发光波长的增长,InGaN/GaN MQWs基LED的IQE显著下降,尤其是在黄绿范围内,产生所谓的“黄绿鸿沟”问题。造成这一问题的原因主要有两点:一是InGaN阱层中In原子和Ga原子的尺寸存在较大的差异以及InN和GaN之间存在严重的晶格失配,这造成了相分离或者组分乙草胺
国际金本位制波动的产生,In组分增加导致了材料质量恶化,非辐射复合中心的增加;二是在MQWs中InGaN阱层和GaN垒层之间存在较大的晶格失配和热失配,造成了极化电场的产生,导致了在MQWs中电子和空穴波函数的空间分离并降低了辐射复合效率,即所谓的量子限制斯塔克效应(QCSE)，In组分的增加导致了 QCSE的加剧,进而降低了辐射复合效率。
因此，深入研究InGaN/GaN MQWs的发光机制,提高电子和空穴波函数交叠,对改善黄绿鸿沟问题具体重要意义。本论文利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)制备实验样品,通过光致发光(photoluminescence，PL)谱测试手段,对In组分逐渐变化的InGaN/GaN MQWs结构的光学特性进行了研究。
主要研究内容总结如下:(1)In组分渐变的InGaN/GaN多量子阱结构的光学特性。利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法,制备了沿生长方向InGaN阱层In组分逐渐增多和In组分逐渐减少的两种InGaN/GaN MQWs结构,对样品在温度6-300K范围内和激发功率0.001-70 mW范围内的PL特性进行了研究。
结果显示,与阱层In组分逐渐增多的MQWs结构相比,阱层In组分逐渐减少的MQWs结构阱层具有更高的平均In含量,这是由于其InGaN阱层In挥发不太显著;并且因此,与前者相比,后者
在低激发功率时,表现出较强的载流子局域效应,在高激发功率时,表现出较弱的载流子局域效应。(2)InGaN阱层生长方式不同的三种InGaN/GaN多量子阱结构的发光效率研究。
利用MOCVD方法,制备了InGaN阱层沿生长方向In组分逐渐增多、In组分量逐渐减少以及In组分保持不变的三种InGaN/GaN MQWs结构,对其PL光谱和峰位能量的温度依赖性进行了分析,比较了三样品的IQE。结果显示,与两个In组分逐渐变化的InGaN/GaN MQWs相比,In组分保持不变的MQWs阱层平均In含量最高且载流子局域效应最强,但是其IQE相对最低,说明In组分渐变的阱层结构,可能提高了电子空穴的波函数交叠,进而提高了IQE。
>曾铁
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