图形化蓝宝石衬底GaN基LED性能分析

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摘要利用飞秒激光器分别在a 面、c面、r面蓝宝石衬底上，加工制作了4种不同参数的图形。再采用金属有机化学气相沉积法，在图形化蓝宝石基板（PSS）上生长了InGaN/GaN薄膜。通过对各种图形化蓝宝石衬底进行EL谱测试、PL谱测试、XRD谱测试和光强测试进行分析，发现在刻蚀区域，光谱发生了蓝移，并且光强有所增强，尤其是在图形化的C面蓝宝石上表现最为明显。这为基于图形化蓝宝石衬底的白光LED的进一步开发利用提供了有价值的参考。43690

毕业论文关键词：位错密度，外量子效率，氮化镓（ＧａＮ），发光二极管（ＬＥＤ），图形化蓝宝石。

Performance analysis of GaN based LED based on patterned sapphire substrate

Abstract: 4 different parameters pattern of the A surface,C surface and R surface sapphire substrate were processed by femtosecond laser. InGaN/GaN thin films were grown on patterned sapphire substrates (PSS) by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) . By on a variety of graphical sapphire substrate for El spectra and PL spectra, XRD spectra test and intensity test were analyzed. It was found that in the etching area, the spectrum of the blue shift, and the light intensity increased, especially is obvious in the patterned C-plane sapphire. This provides a valuable reference for the further development and utilization of the white LED based on the patterned sapphire substrate.

Keywords: dislocation density,External quantum efficiency, GaN, light-emitting diode (LED), patterned sapphire.

摘要 i

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1 引言 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 研究现状和发展趋势 2

2 PSS制作方法及参数表征 8

2.1 湿法刻蚀 8

2.2 干法刻蚀 9

2.3 本实验刻蚀步骤 9

3 镀膜 11

3.1 MOCVD 11

3.2 外延片制造 12

4 PSS-LED发光特性测试及性能分析 14

4.1 EL谱测试 14

4.2 PL谱测试 18

4.3 XRD谱测试 20

4.4 发光强度对比测试 22

5 实验结果和讨论 24

6 结论 25

7 致谢 26

8 参考文献 27

1 引言

ＬＥＤ是一种能够将电能转化为光能的固态半导体器件，由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成，基于LED的固态照明起着越来越重要的作用。在21世纪，对照明行业来说，它是革命性的进展，因为它提供了更高的效率，并且更加环保。例如，和荧光灯相比，LED不含有汞等有害物质。LED可以广泛应用于各种显示、装饰、指示、背光源、普通照明等领域，被称为第四代光源。作为新一代绿色光源，在近年来得到各国政策的大力支持，发展十分迅速。目前，三族氮化物半导体应用在光电子器件上引发了极大的兴趣，如发光二极管（ＬＥＤ），激光二极管，大功率和高温电子器件[1]–[4]。 InGaN/GaN LED已经广泛应用在彩色显示器，交通显示和其它应用上。特别是，基于InGaN/GaN的白光ＬＥＤ被视为最有前途的固态照明设备，将取代传统的白炽灯和荧光灯。GaN是制备LED最常见的半导体材料，GaN材料作为一种制备短波长的发光器件的理想材料，GaN及其合成材料的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围。在1991年，日本研究人员研制出同质结的GaN基蓝光LED后，各种新型材料结构的LED陆续出现。也在市场上掀起了一股蓝光LED的狂潮。随着各项技术的进步，GaN基LED已经实现了大规模产业化。各国都投入了大量的资源在LED研发方面，新的技术不断出现。产品的竞争也越来越激烈。目前作为衬底材料用来生长GaN薄膜，最常采用的有蓝宝石，Si，SiC等。而蓝宝石则使用最为广泛，因为其化学物理性质稳定，成本低等优势。