非極性a面n-ZnO-p-AlGaN紫外發(fā)光二極管在i-ZnO層插入后光學(xué)增強特性的微機制研究.pdf

1、發(fā)光二極管（LED）已經(jīng)成為了人們生活中一種必不可少的光電子器件，引領(lǐng)社會朝著更加高效智能的方向前進。紫外 LED由于在科學(xué)檢測、軍事、通訊等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力而吸引了科學(xué)界的大量關(guān)注，其中以Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族元素形成的異質(zhì)結(jié)的研究最為廣泛。
　　氮化鎵（GaN）和氧化鋅（ZnO）均屬于壓電性質(zhì)和熱電性質(zhì)優(yōu)異的直接寬禁帶半導(dǎo)體材料。由于GaN和ZnO兩種材料禁帶寬度接近，常溫下都是六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，且晶格常數(shù)比較接近，因此 Zn

2、O/GaN異質(zhì)結(jié)獲得廣泛研究。氮化鎵鋁（AlGaN）同為直接帶隙半導(dǎo)體材料，但截止波長可調(diào)，化學(xué)穩(wěn)定性好，相比于 n-ZnO/p-GaN, n-ZnO/p-AlGaN具有更高的價帶偏移量，可阻止空穴從p型層中注入n-ZnO層中。現(xiàn)在工業(yè)上使用的大部分的氮系物器件是沿[0001] c方向生長的,由于具有高強度的極化場,會導(dǎo)致電子和空穴在空間上分離,從而降低輻射復(fù)合效率，同時形成量子束縛斯塔克效應(yīng)（QCSE）。為了消除極化及抑制QCSE效應(yīng)

3、，我們沿（11-20）a面生長了非極性n-ZnO/p-AlGaN（p-n）以及n-ZnO/i-ZnO/p-AlGaN（p-i-n）型的LED，發(fā)現(xiàn)插入i-ZnO層后，發(fā)光性能顯著增強，本文著重分析其發(fā)光增強現(xiàn)象并研究其微觀機理。
　　本研究借助聚焦離子束、球差校正透射電子顯微術(shù)以及電子全息術(shù)對n-ZnO/p-AlGaN紫外LED加入i-ZnO插入層后增強的光學(xué)性能進行分析及研究。借助掃描透射電子顯微術(shù)及能譜分析，進行異質(zhì)結(jié)界面元素

4、分布掃描，確定了異質(zhì)結(jié)的化學(xué)成分信息。借助異質(zhì)結(jié)處的高分辨像（HRTEM）、選區(qū)電子衍射（SAED），以及利用幾何相位分析（GPA）發(fā)現(xiàn)界面處晶格畸變比較小、樣品結(jié)晶性好并且晶格匹配度高。借助電子全息術(shù)，獲取異質(zhì)結(jié)界面的靜電場分布，發(fā)現(xiàn)：1、非極性 a面異質(zhì)結(jié)的電場比極性c面異質(zhì)結(jié)的電場小得多；2、對比p-n型異質(zhì)結(jié)，p-i-n型異質(zhì)結(jié)中 i-ZnO層的靜電場基本為零。這兩種結(jié)構(gòu)特征有助于 n-ZnO層中電子和 p-AlGaN層中空穴更