文摘

压电极化的影响在GaN-based发光二极管(led)和不同种类的预应变层之间的多重量子井(发光)和n-GaN层研究和证明。与传统的领导相比,输出功率提高10%以上的领导与预应变层内可以归因于减少极化场发光区域。在这项研究中,我们报告一个简单的方法来提供有用的内的极化领域比较活跃的地区GaN-based led使用与温度有关的致发光(EL)测量。结果指出,传统领导的极化场强于其他由于大(即波长变化的过渡位置。红移、蓝移变化)从300年到350 K,从而较大的极化场必须有效地筛选通过注入更多的运营商发光区域。

1。介绍

GaN-based材料通常存在于纤锌矿晶体结构具有强大的极化场沿 平面的方向。因此,空间电荷引起的自发性和压电极化领域是GaN-based异质结构界面的材料,例如,在 飞机InGaN /氮化镓多重量子井结构(发光)。这种固有的效应,称为量子局限斯塔克效应(QCSE),导致GaN-based发光二极管的量子效率的降低。这是因为QCSE发光区域内导致显著的空间分离的电子和空穴波函数和降低电子空穴复合概率(1- - - - - -5]。此外,调查自发和压电polarization-induced静电场InGaN /氮化镓发光异质结构是当前一个非常重要的关键问题。因此,许多小说和有用的发展技术和结构开发释放压力,减少分离的波函数InGaN QWs提高氮led的光学性质(6- - - - - -14]。

此外,一些研究小组也算内部电场强度和载体密度筛选潜在的测量光谱变化使用光致发光(PL)系统(15- - - - - -18]。在我们以前的工作(19),我们还先后报道一个简单的方法,与温度有关的EL测量提供有用的比较GaN-based led QWs内的静电场,专门为结构组成与不同的势垒厚度相同的活跃区。另一方面,一些研究显示,led的光学性质与InGaN /氮化镓短周期超晶格的结构(SPS)或低温(LT)氮化镓层n-GaN和发光可以改善由于发光的残余应变的释放,减少QCSE,增强电子空穴的复合率,减少V-defect密度,改善晶体质量在发光17,18,20.,21]。然而,它是非常必要的调查更详细的预应变层和QCSE之间的关系。此外,在这项研究中,极化的优势领域的影响QCSE活跃地区的GaN-based led不同预应变层比较通过使用我们之前与温度有关的EL测量的方法。

2。实验

在这项研究中使用的所有样品都在成长 飞机(0001)蓝宝石(2O3)底物有机化学汽相淀积(金属)。在生长期间,trimethylgallium (TMGa) trimethylindium (TMIn)和氨(NH)3)被用作镓、铟和氮源,分别,而biscyclopentadienyl镁(CP2毫克)和乙硅烷(Si2H6)被用作p型和n型掺杂源,分别。传统的领导结构,称为领导我,由一个30 nm厚的缓冲层生长在较低的温度下,1.5μ米厚的无掺杂氮化镓层生长在1040°C, 2μ米厚Si-doped n-GaN层生长在1040°C,和一个发光活跃区域增长在750°C。发光活跃区域由10期3 nm厚InGaN井层(名义铟含量~ 17%)和10 nm厚GaN屏障层。随后,温度升高到1000°C增长30 nm厚的化学计量p-Al0.15遗传算法0.85N电子阻挡层(EBL)和0.3μ米厚p-GaN层。为了减少压力和极化效应在活跃的地区,预应变夹层结构的led也准备好了。如图1,LED lower-indium内容(~ 5%)10-pair InGaN甘(2海里)/ SPS夹层(3海里)生长在800°C贴上二世。和LED LT-GaN (50 nm)层间种植在750°C标记为III。是成年人样本随后退火在750°C N2环境,活跃的Mg p型层。

(一)领导我
(一)领导我
(b)领导
(b)领导
(c) III
(c) III
图1
三个制造发光二极管的结构示意图。(一)导致我没有任何特定的预应变夹层。(b)领导II InGaN /氮化镓SPS夹层。(c)领导与LT-GaN夹层III。

增长后,部分样品的表面蚀刻,直到2μ米厚Si-doped n-GaN层被曝光。随后,一个70纳米厚的氧化铟锡(ITO)层被溅射沉积系统到p-GaN层作为电流扩散层。Ni /非盟(30 nm / 500 nm)金属沉积在ITO接触层形成了p-electrode。钛/铝/钛/非盟(15 nm / 450海里/ 50 nm / 500海里)金属接触被沉积在暴露出n-electrode n-GaN层形成。这项研究有一个led制造的芯片大小为250×580μ米2。光输出大国被积分球测量探测器。这些样品的光学特性是衡量EL系统。

3所示。结果与讨论

图2显示的是测量光输出功率的注入电流的函数这三个装配式结构。为了避免自动加热的影响,我们应用pulse-width-modulated注入电流的测量发光二极管(22]。通过增加注入电流、光输出大国领导的这三个装配式结构增加了。目前注射20 mA, led的光输出大国I, II, III和是8.99,9.42,和10.30 mW。发光二极管的输出大国II和III与预应变结构高出14.6%和4.8比我的带领下,分别。也发现,输出功率之间的差异这三个led非常扩大特别是在高注入电流。与领导我相比,LED的光输出大国II和III分别提高了约8.2%和18.6%在100毫安的注入电流,分别。这些结果表明,光输出功率可以明显改善与插入预应变之间的夹层n-GaN和发光。这意味着提高输出功率可以归因于残余应变的释放,减少极化场QCSE,增强电子空穴复合率,减少V-defect密度,晶体质量的提高led的发光II和III (20.,21]。图3显示的是测量外部量子效率(EQE)注入电流的函数。EQE被定义为 在哪里 光输出功率, 半导体所发射的光子的能量, 注入电流, 是电子电荷。当领导与注入电流、光功率和发射波长是由积分球测量探测器在同一时间。因此,EQE的值可以计算通过使用(1)。led的最高效率I, II, III是18.8%,19.1%,和23.3%,分别。EQE的改善led II和III主要是由于局部应变松弛在活跃区域,导致更少的倾斜带边沿和更好的重叠的电子和空穴波函数在每个量子阱。这意味着活跃区域内的极化场在这项研究可以有效地减少了插入预应变夹层结构。


图2
光输出大国从led我衡量,II, III注入电流的函数。

图3
EQE作为led我注入电流的函数,II, III。

为了进一步区分这三个捏造的压电极化场领导结构、发光二极管的发射光谱特征随温度而变的EL测量和实现。发光二极管是由使用不同的温度加热控制器。温度增加从300 K到350 K, 10 K的一步。数据4(一)- - - - - -4 (c)显示这三个捏造的峰值发射波长发光二极管在不同环境温度下的函数注入电流。首先,它显然是发现整个发射波长在这三个led转移到更长的波长随着环境温度的增加。温度依赖的能量带隙半导体可以表达的Varshni公式: 在哪里 和 拟合参数,通常称为Varshni参数(23]。它表明,能量带隙的半导体一般随着温度的增加,减少,因此整个发射波长的led转移到长波长。量子阱的原因是能量带隙变得狭窄所引起的增加环境温度根据Varshni效应(23,24]。

(一)领导我
(一)领导我
(b)领导
(b)领导
(c) III
(c) III
图4
发射波长的函数注入电流在不同环境温度下测量了从300年到350 K (a)我领导,领导II (b)和(c) III。

然后,它也发现这三个发光二极管的波长最初转向更短的波长,然后转向更长的波长随着注入电流的增加。众所周知,转向光波波长的现象被称为蓝移,这可以归因于屏蔽效应和band-filling效应(25]。相反,波长向长波长转移被称为红移,这是由热效应引起的寄生电阻的接触,由于半导体层 依赖焦耳加热的24]。有关的发射波长蓝移值与偏振相关领域内的活跃地区,为led我发现这些值,二世,三世在室温下分别为1.37,1.22,和1.11 nm,分别。这样的结果表明,拥有更大的蓝移值比传统的led发光二极管和预应变夹层II和III。这是因为QCSE越强拉着我诱导的自发和压电发光层中的字段将显示一个明显的屏蔽效应和band-filling效果。这些结果再次解释说,活跃区域内的极化场在这项研究可以有效地减少了插入预应变夹层结构。因此,发光二极管的输出大国II和III改善是由于更好的电子和空穴波函数重叠在每个量子阱。

另一方面,非常值得注意的是,注入电流的值,在蓝移改变的波长红移,转移到更大的注入电流,当温度增加,如虚线所示的图4。我可以清楚的看到,如图4(一)有更明显的变化比led II和III如图4 (b)和4 (c)。这是因为航空公司注入发光会兴奋的更高的环境温度。因此,这些兴奋的运营商将逃离发光,发光的能量隙引起QCSE不能筛选和有效了。换句话说,它需要更高的注入电流提供更多的运营商可以完整的led的屏蔽效应。因此,导致我没有预应变结构更严重QCSE造成较大的极化场活跃区域内必须QWs注入更多电流补偿的屏蔽效应。

图5也显示了蓝移值作为环境温度的函数在这三个装配式结构。发现这三个led的蓝移值随着环境温度几乎相同。这样的结果表明,蓝移的价值引起的筛查和band-filling效果这三个发光二极管是独立于环境温度。换句话说,这指出QCSE极化引起的在这个研究领域并没有改变环境温度增加。图6显示了波长转换位置注入电流的变化从蓝移到红移,提取的虚线图4作为一个环境温度的函数。它可以清楚的看到,传统领导的斜率大于其他LED的预应变层间。根据图6,发现注入电流的波长转换位置从蓝移到红移的领导我,二世领导并带领III是30日28日和27马在室温和那些领导我,二世领导和领导III是40岁,36岁的马和34 350 K。结果再次表明极化领域的活跃区域内领导我是强于其它由于较大的注入电流变化波长转换位置从300 K到350 K,因此需要更多的注入运营商(更高的注入电流)内完成筛选QCSE活跃的地区。因此,我们报道一个简单的方法来提供有用的比较静电领域内InGaN GaN-based led发光活跃区域,专门为结构组成与不同预应变层相同的活跃区。


图5
蓝移的发射波长的函数值的环境温度下三个led制作的。

图6
注入电流(即的转折点。,wavelength transition position from blue-shift to red-shift as shown by the dashed lines in Figures4(一)- - - - - -4 (c))的环境温度的函数三个led制作的。

4所示。结论

压电极化的影响在GaN-based led发光层之间的不同的预应变层和n-GaN层研究和证明。与传统的领导相比,发现超过10%的输出功率增强领导与预应变层内可以归因于减少极化场发光层。在这项研究中,我们报告一个简单的方法来提供有用的比较估计使用的偏振发光二极管中的字段与温度有关的EL测量。结果指出,传统领导的极化场强于其他由于大(即波长变化的过渡位置。红移、蓝移变化)从300年到350 K,从而较大的极化场必须有效地筛选通过注入更多的轻型航母。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这项工作是由美国国家科学委员会NSC 101 - 2221号合同下的台湾- e - 218 - 023 - my2和NSC 101 - 2632 - e - 218 - 001 - my3。