GaN基UV-A LEDs外延生長與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

GaN基UV-ALEDs外延生長與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究GaN基UV-ALEDs外延生長與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

近年來，隨著人們對節(jié)能環(huán)保光源的需求增加，紫外A波段（UV-A，315-400nm）LEDs在照明、電子顯示、醫(yī)療和生物科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景日益廣闊。由于具有優(yōu)異的光電性能和較長的壽命，氮化鎵（GaN）基UV-ALED成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)研究對象。在GaN基UV-ALEDs的研究中，外延生長技術(shù)以及LED結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是兩個(gè)關(guān)鍵方面。本文將重點(diǎn)介紹GaN基UV-ALEDs外延生長和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展。

GaN基UV-ALEDs外延生長技術(shù)是制備高質(zhì)量LED晶片的核心環(huán)節(jié)。目前，常用的GaN外延生長方法有金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）和分子束外延（MBE）等。這兩種方法在GaN生長過程中可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制的襯底溫度、氣氛組成和沉積速度等參數(shù)，從而影響著薄膜的晶體質(zhì)量和電學(xué)性能。例如，MOCVD方法廣泛應(yīng)用于GaN外延生長，其高溫和高壓的氣相環(huán)境有利于形成高質(zhì)量晶體。此外，通過合理選擇有機(jī)金屬前驅(qū)體和載氫氣體的組合，能夠有效提高GaN薄膜的生長速度和生長質(zhì)量。MBE方法則通過控制外延溫度和襯底極性實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量GaN薄膜的生長。此外，還可以通過模板外延技術(shù)，如模板剝離外延（ELOG）和模板襯底外延（SLED）等，提供更好的晶體質(zhì)量和外延薄膜的厚度均勻性。

除了外延生長技術(shù)，LED的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是確保器件性能的重要方面。GaN基UV-ALEDs結(jié)構(gòu)主要包括p型和n型摻雜層、多量子阱和有機(jī)硅鍍膜。首先，在p型和n型層的設(shè)計(jì)中，高質(zhì)量的p型鎵摻雜層和高摻雜的n型氮化鎵層的制備對于提高LED的發(fā)光效率至關(guān)重要。同時(shí)，采用p-AlGaN和n-AlGaN作為各自的過渡層，能夠提高電荷注入效率和光效。其次，多量子阱（MQWs）結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)高效的電子和空穴復(fù)合的關(guān)鍵。合理設(shè)計(jì)MQWs的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如厚度、組分和禁帶寬度等，可以增強(qiáng)由電子和空穴的復(fù)合引起的輻射。此外，通過在MQWs的頂部和底部引入凸臺結(jié)構(gòu)，能夠有效抑制量子束縛效應(yīng)和激子吸收，提高發(fā)光效率。最后，有機(jī)硅鍍膜可以用作LEDs的透明電極，提供更高的電流擴(kuò)散效率和反射率。

為了進(jìn)一步提高GaN基UV-ALEDs的性能，研究人員還進(jìn)行了一系列的改進(jìn)探索。例如，通過在GaMgN層引入Mg共摻雜，可以提高p型層的質(zhì)量，從而提高LEDs的發(fā)光效率。另外，在超晶格GaN/AlN中引入螺旋缺陷可以提高LEDs的光轉(zhuǎn)換效率。此外，改變p型摻雜層的電子結(jié)構(gòu)，如引入InGaN或注入AlN嵌入層，有助于提高LEDs的電流傳輸效率。過度層的設(shè)計(jì)也是提高LEDs效率的重要研究方向之一。通過調(diào)節(jié)AlGaN過度層的組分和厚度，可以減小晶格不匹配引起的應(yīng)力，從而改善外延膜的質(zhì)量和LEDs的性能。

總之，GaN基UV-ALEDs外延生長和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究是提高LEDs性能的關(guān)鍵方面。通過優(yōu)化外延生長技術(shù)和LEDs結(jié)構(gòu)參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的GaN薄膜生長和高效的電子-空穴復(fù)合，從而提高LEDs的發(fā)光效率。隨著更多研究的深入，相信GaN基UV-ALEDs在節(jié)能環(huán)保光源領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊綜上所述，通過對GaN基UV-ALEDs的外延生長和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，可以顯著提高LEDs的性能。采用MQWs結(jié)構(gòu)和有機(jī)硅鍍膜可以有效抑制量子束縛效應(yīng)和激子吸收，提高發(fā)光效率。而引入Mg共摻雜、螺旋缺陷和改變p型摻雜層的電子結(jié)構(gòu)等改進(jìn)措施，可以進(jìn)一步提高LEDs的發(fā)光效率和光轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，通過優(yōu)化外延生長技術(shù)和LEDs結(jié)構(gòu)參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的GaN薄膜生長和高效的電子-空穴復(fù)合