ZnO/GaN异质结LED的制备与特性研究

作     者：迟宸 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜国同

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：MOCVD ZnO GaN 插入层 LED 

摘      要：ZnO是一种常见的直接带隙宽禁带半导体材料,是第三代半导体材料中的研究热点。其在室温下具有较大的激子束缚能(60 me V),禁带宽度为3.37 e V,能广泛应用于短波长光电子器件和光探测器等领域中。然而,稳定的p-ZnO材料的制备依然是如今行业内的一个难题,极大地制约了ZnO基光电器件的发展。GaN同为产业上广泛应用的第三代半导体,与ZnO拥有很小的晶格失配(1.8%),相近的禁带宽度和电子亲和势,所以我们常以p-GaN/n-ZnO异质结为基础制备光电子器件。在本论文中,我采用金属有机化学气象沉积系统(MOCVD)在p-GaN/c-Al2O3衬底上生长了ZnO材料,研究了不同生长条件下ZnO材料形貌和质量的变化;并将n-ZnO/p-GaN异质结发光二极管(LED)的结构进行优化,使器件的性能更加优越。主要研究内容如下:1.对GaN模板进行不同时间(30 s、5 min、15 min、30 min)的腐蚀,并分别在模板上生长ZnO层,观测ZnO层表面形貌、晶体质量、光学性质的变化。结果发现,ZnO纳米柱的尺寸随着模板上六方小丘的变化而变化;随着GaN模板腐蚀时间变长,ZnO纳米柱直径变大,晶体质量变差,光学质量变好。2.在采用MOCVD方法生长ZnO过程中,选取不同O流量(150 sccm,200 sccm,250 sccm,300 sccm),并观测ZnO层表面形貌、晶体质量、光学性质的变化。结果发现,随着O流量的增加,ZnO表面孔洞渐渐减少,趋近于薄膜化,光学质量逐渐变差;在O流量为250 sccm时候,晶体质量最好。3.采用不同厚度的SiO插入层(10 nm,30 nm)制备n-ZnO/SiO/p-GaN LED器件,发现SiO插入层可以有效提升n-ZnO一侧的发光效率,插入层厚度为10 nm时,器件性能较好。4.在p-GaN层下插入分布式布拉格反射镜层(DBR)并制备LED器件,发现DBR层可以有效提升n-ZnO/p-GaN异质结的发光效率,器件的发光强度与无DBR层相比增强了约1.8倍。