大電流密度下綠光LED內量子效率的研究

《大電流密度下綠光LED內量子效率的研究》是依託西安交通大學，由李虞鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：大電流密度下綠光LED內量子效率的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李虞鋒
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

綠光二極體（LED）在通用和特殊照明方面套用日益廣泛。但是綠光LED性能仍遠遠落後於藍光和紅光LED。主要原因是內量子效率太低， 而且在大電流密度下效率下降很快，droop效應比藍光LED嚴重得多。本項目擬通過半導體能帶模擬和實驗研究大電流密度下量子阱中載流子的傳輸和複合機制，研究多銦量子阱中極化電場，俄歇複合，位錯密度等對LED內量子效率影響的科學本質。通過外延結構調整，納米圖案化襯底的外延生長，新型非極性和半極性襯底高銦量子阱效率的研究，和大功率垂直結構綠光LED晶片創新四大方面，提出大電流密度下高效綠光LED的外延生長和晶片設計方案。有望使綠光LED在大電流密度下大幅提高量子效率。本項目對當前氮化鎵半導體光電科學基礎研究有促進作用。為發展適合大功率驅動，高亮度需求的綠光LED奠定基礎。

結題摘要

綠光發光二極體（LED）在通用和特殊照明方面套用日益廣泛。但是綠光LED性能仍遠遠落後於藍光和紅光LED。主要原因是內量子效率太低，而且在大電流密度下效率下降很快（droop效應）。嚴重製約高質量、高效率固態氮化物白光的發展，以及在國防軍事方面的套用。 本研究圍繞四個主要方面開展研究：1. 高In組分量子阱能帶模擬；2. 大電流下效率droop；3. 微米圖案化襯底設計製備以及外延生長；4. 表面等離子激元綠光。 1. 通過APSYS模擬分析軟體研究了不同量子阱In含量的綠光InGaN LED的發光特性及其物理機制。研究了InGaN插入勢壘層對綠光LED的發光特性的調製，實現了電子漏率降低，器件內量子效率效率有效地提高。 2. 通過掃描近場光學顯微的測量方法來研究大尺寸V形缺陷的微區光學特性。空穴注入深度在V形缺陷內部相比於外部發生了明顯提高。觀測到了存在大尺寸V形pits的樣品有更強的底層量子阱發光，建立大尺寸V形缺陷區域等效電路模型。說明通過生長大尺寸V形缺陷的方法來抑制效率droop是有效的。 3. 引入雷射加工技術在c-plane藍寶石襯底上製備出凹型半球狀圖形化襯底（HPSS），在襯底側邊形成半極性面。通過橫向外延生長（ELOG）方法在500nm的綠光LED外延層中嵌入了凹型半球狀空腔結構。重點研究了這種HPSS襯底對LED的InGaN有源層質量以及對LED器件的光學和電學特性的影響。 4. 成功製備出具有表面電漿（SP）的綠光LED，並對其光學特性和電學特性進行分析。納米顆粒的引入，還減小了綠光LED的電壓，改善了綠光LED的熱特性。系統地研究了綠光LED的有源區量子阱（QWs）與表面電漿的耦合特性。該方法直觀地證實了SP增強綠光LED發光的實驗現象和IQE增強機制。 本項目對當前氮化鎵半導體光電科學基礎研究有促進作用。為發展適合大功率驅動，高亮度需求的綠光LED奠定基礎。綜合釐清影響droop的主要因素，提出大幅度提升大電流密度下發光效率的方案無論對科學界還是工業界意義重大。