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Ⅲ-Ⅴ族氮化物极性调控及在紫外LED中的应用

【摘要】:基于Ⅲ-Ⅴ族氮化物尤其是AlGaN三元化合物的紫外发光二极管(UV-LED)与传统紫外光源相比具有体积小、可靠性高、低成本和低能耗的优势,并且发光波长可在200-365 nm之间任意调节。然而UV-LED的外量子效率依然处于较低的水平,这主要的原因在于金属与AlGaN之间欧姆接触较差,以及光子提取效率较低。因为欧姆接触为载流子提供了单向的流通通道,因此对于LED来说,好的欧姆接触十分重要。为了解决这些问题,有必要设计并制备新的LED结构。研究中发现,横向极性结构(LPS)可以实现较好的欧姆接触。此外,通过合适的极性调控手段,我制备了无等离子体损伤的纳米柱结构,从而提升了 LED的光子提取效率。此论文主要分为四个部分。第一章主要讲述氮化物极性调控的研究背景。第二章主要讲述横向极性结构对于器件欧姆接触性能的影响。首先,通过在一个衬底上同时生长金属极性和氮极性材料,我制备了横向极性结构GaN和AlGaN。在此基础上,利用氮极性载流子浓度高,而金属极性电阻率高的特点,我制备了肖特基二极管(SBD)横向极性结构器件。通过在器件表面进行钝化处理,器件的反向漏电流减小了2个数量级,证明了钝化处理对于界面缺陷的影响作用。此外,横向极性结构还为制备无有意掺杂的横向n+/n-结提供了一种新的思路。第三章主要讲述采用纳米柱结构提升LED的发光效率的方法。通过缩小横向极性结构的尺寸,制备了同时具有氮极性和金属极性的AlGaN/GaN多层量子阱。我利用不同极性对湿法刻蚀的选择性,制备得到无等离子体损伤的纳米柱结构。与传统纳米结构相比,基于横向极性结构的纳米LED发光强度更高。因此得出结论:横向极性结构是一种制备高效率、新型紫外LED的新的方法。第四章中,我讨论了利用网状Ni/Au结构制备p-GaN金属接触的方法。通过把Ni/Au金属电极制备成多孔网状结构,可以在不降低器件欧姆接触特性的前提下,避免光子在电极处的吸收。

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