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GaN半导体材料为直接带隙材料,在信息显示和固态照明等领域具有广阔的应用前景。相对于蓝宝石衬底而言,Si作为GaN蓝光LED衬底有许多优点,如:良好的导电、导热性、晶体质量高、尺寸大、成本低、容易加工等。然而由于Si衬底与GaN外延层之间巨大的晶格失配和热失配,这使Si衬底上的GaN材料产生大量的位错及裂纹,为Si衬底上GaN材料生长设置了障碍。近几年来,在Si衬底上生长GaN取得了很大的进展,有少数几家研究组报道在Si衬底上制备出了GaN基发光器件。但对其LED器件的性能的研究并未深入,本论文主要研究了Si衬底GaN蓝光LED器件的一些性能:可靠性,结温特性,Ⅰ-Ⅴ曲线与其结晶性能关系。得到了如下一些有意义和部分有创新性的研究结果: 1.将Si衬底GaN蓝光LED与蓝宝石衬底GaN蓝光LED样品在工作电流为20mA时,放在120℃高温环境中加速老化3个小时,未见Si衬底GaN蓝光LED光强发生衰减,而蓝宝石衬底GaN蓝光LED光强有少许衰减,这间接证明了Si衬底GaN蓝光LED有良好可靠性。 2.本文首次报道Si衬底GaN基LED的结温特性,分析指出:和结温与电流的对应关系相比,用结温与电流密度更能够反映器件性能。通过与蓝宝石衬底上GaN蓝光LED的结温比较,发现Si衬底GaN蓝光LED有更低的结温,原因归结为Si有更好的导热性。 3.首次报道Si衬底GaN蓝光LED的理想因子。 首次发现了理想因子和X射线斜对称衍射(102)半峰宽有很好的对应关系,理想因子大的样管,其外延材料(102)衍射半峰宽大,反之亦然。这表明GaN蓝光LED大的理想因子主要是由于外延材料高缺陷密度所致。 研究了Si衬底GaN蓝光LED的Ⅰ-Ⅴ特性曲线随温度变化关系,结果表明曲线的(lnI)-Ⅴ的斜率变化不大,但理想因子随温度变化显著减少。