bck

收藏本站

Si衬底上GaN基LED外延材料的两步法生长

【摘要】:发光二极管(Light-emitting diode,LED)具有高效、节能、环保、寿命长等特点,已被广泛应用于交通指示、建筑装饰、显示照明等诸多领域。目前,商用LED大多基于蓝宝石衬底上外延生长的III族氮化物材料——GaN。然而,蓝宝石热导率较低、大尺寸衬底制备困难,限制了LED往“高性能、大功率、低成本”的方向发展。Si衬底由于具有低成本、大尺寸、热导率高、制造工艺成熟等优点,成为了实现高性能、大功率、低成本GaN基LED的理想衬底材料。尽管目前Si衬底上的LED制备技术已经取得许多突破,在材料生长和基础研究等方面仍然存在难以克服的问题。主要体现在以下两个方面:第一,Si与GaN之间的晶格失配和热失配分别高达16.9%和54%,导致在GaN中容易形成大量缺陷和裂纹;第二,Si衬底在外延生长过程中会与活性N反应生成SiN_x界面层,严重降低了GaN基LED的外延材料质量及器件性能。解决以上问题,是在Si衬底上实现高质量Ga N的基础,也是实现高质量LED外延材料及高性能器件的关键。为此,本论文提出采用低温外延结合高温外延的两步法来克服上述两大难题,全文围绕Si衬底上高质量GaN基LED外延材料的两步法生长展开,对两步法的外延生长机理、界面反应抑制作用以及晶体缺陷控制机制等理论进行深入研究,取得的主要成果如下:第一,利用脉冲激光沉积(PLD)低温外延,抑制了Si衬底与III族氮化物薄膜之间的界面反应,获得了具有突变异质结界面的AlN模板层。通过研究低温AlN模板层的晶体质量变化、表面形貌演变及界面结构等性质,揭示了Si衬底上AlN模板层的低温外延生长及界面反应抑制机理。一方面,PLD的高能效应使等离子体粒子具有较高的动能,以克服因晶格失配而形成的迁移势垒,而PLD的脉冲效应则为粒子提供了充足的弛豫时间,使其能在Si衬底上充分迁移到平衡位置形核,从而实现AlN模板层的低温外延生长。另一方面,高能等离子体粒子在膨胀输运过程中,与背景气氛的氮气粒子发生适当碰撞,从而以合适的动能到达衬底表面,既不会因动能过大而轰击表面或与Si衬底发生界面反应,也不会因动能不足而形成无定形的界面层,最终在Si衬底上实现AlN的低温外延,获得具有突变异质结界面的AlN模板层。第二,以低温AlN模板层作为高温外延的生长模板,通过研究不同生长阶段的外延形貌变化及缺陷演变过程,揭示了两步法外延生长GaN的生长机理及位错湮灭机制。研究发现,表面平整的低温AlN模板层能够提高AlN外延表面的浸润性,降低Al吸附原子的表面迁移势垒,增强Al吸附原子的表面迁移,促进AlN缓冲层的二维生长,从而获得表面高度愈合的高质量AlN缓冲层。GaN在AlN缓冲层上的迁移势垒低,所形成的低密度形核岛有利于减少晶体中的位错;同时,在三维生长向二维生长转变的过程中,晶体中的穿透位错发生弯曲、闭合,从而降低了GaN外延薄膜中的位错密度。为进一步提高GaN的晶体质量,本论文还引入了渐变Al_xGa_(1-x)N缓冲层结构,并对其缺陷控制机制和应力调控机理进行研究。一方面,Al_x Ga_(1-x)N的引入可使位错在每层界面处发生偏转,与相邻的位错形成闭环而湮灭;另一方面,AlN/Al_xGa_(1-x)-x N结构能够增强GaN中的压应力,在最大程度上抵消降温过程中由Si衬底产生的张应力,从而抑制裂纹的产生。最终,在Si衬底上获得无裂纹的高质量GaN薄膜,GaN(0002)和GaN(10-12)摇摆曲线半峰宽分别为394 arcsec和460 arcsec。第三,首次采用低温外延结合高温外延的两步法在Si衬底上实现了高质量GaN基LED外延材料的生长,并对LED的光电性能提升机制进行了研究。研究低温AlN模板层厚度对LED性能的影响,发现40-70 nm厚的低温AlN模板层最有利于高温外延层的二维生长及应力调控,从而获得无裂纹的高质量LED外延片。制备成横向结构LED芯片后,在40 nm厚的低温Al N模板层上获得的LED表现出最佳的光电性能。在注入电流为300 mA下,光输出功率为70.2 mW,外量子效率的Droop效应为46.2%。在低注入电流下,随着电流增大,EL波长蓝移幅度最小,说明LED中的量子束缚斯塔克效应被有效地削弱。与采用一步法制备得的、具有相同芯片结构的现有报道相比,同一电流下,本文获得的LED光输出功率高于其他报道,说明本论文所提出的低温外延结合高温外延两步法有利于在Si衬底上获得高性能的GaN基LED。本论文的研究按照“低温模板层”→“高质量GaN层”→“LED外延材料与芯片”的路线系统展开。通过深入研究不同生长阶段的外延层性质,揭示了在Si衬底上两步法外延GaN的生长机理、界面反应抑制和缺陷湮灭等机制,这对于在其他新型衬底上实现高质量III族氮化物材料及高性能GaN基器件提供了重要指导。

下载App查看全文

(如何获取全文? 欢迎:、、)

支持CAJ、PDF文件格式


【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 何斌俊;;浅析LED日光灯环保节能经济效益[J];汕头科技;2016年Z1期
2 ;LED联盟考察南山湾工业园[J];汕头科技;2013年02期
3 ;美国发明石墨泡沫散热片延长LED寿命[J];中国粉体工业;2010年05期
4 施国红;;双面大灯泡LED蓝光灯治疗新生儿高胆红素血症的效果分析[J];中国医药指南;2018年19期
5 杨雨芹;;光伏LED智能控制器设计[J];林区教学;2017年04期
6 周平;;基于电子信息技术下的物理实验——探究LED和数码相机在运动学实验中的应用[J];课程教育研究;2017年26期
7 冯建民;;LED大屏幕组合显示系统应用浅说——以河南电视台1500平米演播室为例[J];教育传媒研究;2016年05期
8 黄小芳;贾志绚;苏家仲;;LED主动发光交通标志的经济性研究[J];市政技术;2016年06期
9 张玉杰;周洁;邱金妮;;LED景观照明系统设计与实现[J];电子器件;2017年01期
10 董金旭;张莹;王洪峰;何春梅;;LED光源及激素因子对铁皮石斛生长的影响[J];热带林业;2016年04期
11 金勇;;LED大屏在电视文艺晚会中的艺术实践[J];科技传播;2016年23期
12 孙超;孙帮雄;马凤国;;LED封装用高折射率液体硅橡胶的研究进展[J];有机硅材料;2017年01期
13 简凯;李东兵;胡春青;杨金梁;聂俊;;适用于LED光固化体系的光引发剂的研究进展[J];涂料工业;2016年10期
14 李少军;;探究LED大屏幕信息发布的技术与应用[J];科技经济导刊;2017年02期
15 陈腾;;新规范下LED灯在隧道照明中的应用[J];低碳世界;2017年02期
16 张瑜丹;;双面大灯泡LED蓝光灯治疗新生儿高胆红素血症效果观察[J];中外医学研究;2017年05期
17 邓桂芳;;LED车灯为现代摩托车骑手的安全行驶保驾护航[J];光源与照明;2016年04期
18 张正道;;LED在绿色照明中应用的综合评述[J];光源与照明;2016年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陳隆建;李冠霖;;鹵化物鈣鈦礦之暖白光LED開發[A];海峡两岸第二十三届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集[C];2016年
2 郑丽;盛爱武;薛建平;李煜坤;杨富银;;LED光源与传统光源对切花菊‘白扇’栽培节能性和有效性对比[A];第二届全国农用塑料设施大棚、温室栽培技术交流会资料汇编[C];2016年
3 杨凤玺;许庆全;朱根发;;不同LED光质处理对莲瓣兰组培苗生长的影响[A];中国观赏园艺研究进展2016[C];2016年
4 陈敏;张静;谭鹏峰;吉文卿;王彩凤;陈苏;;二维光子晶体异构体在白光LED面光源上的增强应用[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十一分会:胶体与界面化学[C];2016年
5 王子颉;徐方卉;周小丽;;LED补光促进铁皮石斛生长的初步研究[A];2017年中国照明论坛——半导体照明创新应用与智慧照明发展论坛论文集[C];2017年
6 吴东辉;;LED室外照明与光污染[A];2015年中国照明论坛——LED照明产品设计、应用与创新论坛论文集[C];2015年
7 吴东辉;;LED技术对控制光污染的意义[A];海峡两岸第二十二届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集[C];2015年
8 史玲娜;涂耘;王小军;;LED在隧道照明中的节能优化设计研究[A];2015年中国照明论坛——LED照明产品设计、应用与创新论坛论文集[C];2015年
9 陳政憲;徐紹維;吳貴能;洪紹棠;;影像式即時分析儀及陣列式照度量測儀應用於LED道路照明現場量測評估之研究[A];海峡两岸第二十二届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集[C];2015年
10 何飞;;一种适用于球形灯具使用的LED光源设计[A];2015年中国照明论坛——LED照明产品设计、应用与创新论坛论文集[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 艾琳;铜纳米簇的自组装诱导发光机理研究及白光LED应用[D];吉林大学;2018年
2 王海燕;Si衬底上GaN基LED外延材料的两步法生长[D];华南理工大学;2018年
3 许智;LED重力热管散热器气液两相运动机制和传热特性研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
4 客洪亮;白光LED阵列结温检测以及寿命预测分析[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2017年
5 孔丽;白光LED用荧光粉的合成与光谱性能研究[D];吉林大学;2008年
6 黄翀;LED光(640nm)通过HIF-1α调控角质形成细胞移行及其骨架改变[D];第二军医大学;2017年
7 朱革;(近)紫外白光LED用几种氧化物基发光材料的制备及其发光性能研究[D];兰州大学;2015年
8 王玲;LED封装用高性能导电胶的制备及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
9 袁博;硅铝酸盐基白光LED荧光粉的发光性能及其应用研究[D];吉林大学;2016年
10 侯京山;氧化物基白光LED荧光粉的设计与合成[D];东华大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张佳宁;LED黄疸光疗灯光谱结构及其生物光学效应研究[D];华侨大学;2018年
2 余梦琦;大功率白光LED荧光粉微涂覆检测关键问题研究[D];华南理工大学;2018年
3 王海;有机金属卤化物钙钛矿纳米材料的制备及其性能研究[D];华东师范大学;2018年
4 郑明治;纸张识别技术的研究及其在LED智能调光调色照明系统中的应用[D];广东工业大学;2018年
5 符民;LED植物光源阵列设计与光环境研究[D];华南理工大学;2018年
6 舒倩茜;智慧城市建设环境下LED中小型照明企业战略转型研究[D];华中师范大学;2018年
7 张宏志;白光LED用硅酸盐发光材料的合成与性能研究[D];中南林业科技大学;2018年
8 冯亦干;智能无线LED台灯照度检测仪器的开发和研究[D];浙江工业大学;2017年
9 李海林;LED热特性稳态测试实验教学系统的开发[D];天津工业大学;2018年
10 符安杰;暖白光LED用Mn~(4+)掺杂的红色荧光粉的制备与光学性质研究[D];广西大学;2018年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 蔡维希;[N];中国化工报;2013年
2 李俊霖;[N];中国知识产权报;2016年
3 记者 邓少军;[N];江门日报;2017年
4 湖北 朱少华 编译;[N];电子报;2017年
5 湖南 王志军;[N];电子报;2017年
6 ;[N];电子报;2017年
7 湖北 朱少华 编译;[N];电子报;2017年
8 本报记者 隋胜伟;[N];中山日报;2017年
9 福建 蔡文年;[N];电子报;2017年
10 河南 刘伟宏;[N];电子报;2017年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978


{bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育app}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bckbet}|
{uc8}| {uc8体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐城}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {UC体育}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}|