發(fā)布時(shí)間：2018-05-27 15:37

  本文選題：近紫光發(fā)光二極管 + 極化效應(yīng)　； 參考：《沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：發(fā)光二極管因在未來(lái)的固態(tài)照明市場(chǎng)中有潛在的應(yīng)用前景得到廣泛地的發(fā)展與應(yīng)用。目前市場(chǎng)上常規(guī)的白光二極管大多以藍(lán)光發(fā)光二極管激發(fā)YAG熒光粉為主,但由于近紫光發(fā)光二極管激發(fā)紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉所發(fā)出的白光,具有高演色性與色穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn),因此,近紫光發(fā)光二極管在固態(tài)照明應(yīng)用上仍極具潛力。目前,近紫光發(fā)光二極管的發(fā)光效率仍不佳,因?yàn)殂熀枯^低的氮化銦鎵量子阱和井障的能隙差較小,載流子不易被局限在多重量子阱活性區(qū)中,且氮化物內(nèi)部存在強(qiáng)烈的極化電場(chǎng)導(dǎo)致能帶產(chǎn)生傾斜,電子和空穴波函數(shù)重疊率降低,載流子無(wú)法有效地貢獻(xiàn)至輻射復(fù)合。本論文主要探討極化效應(yīng)對(duì)近紫光發(fā)光二極管的影響,并提出可優(yōu)化其發(fā)光功率的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在近紫光發(fā)光二極管中,極化效應(yīng)強(qiáng)烈地影響器件的光電特性。由于各磊晶層的界面間累積的極化電荷的存在會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的內(nèi)建電場(chǎng),從而影響了發(fā)光二極管的能帶結(jié)構(gòu),尤其是在量子阱中。結(jié)果極化效應(yīng)使量子阱的能帶傾斜,電子與空穴分別局限在量子阱的兩側(cè),大幅度降低載流子復(fù)合機(jī)會(huì),因此限制了發(fā)光二極管的發(fā)光功率及效率。本論文將從模擬的觀點(diǎn)研究極化效應(yīng)對(duì)氮化銦鎵近紫光發(fā)光二極管的影響,并提出改善極化效應(yīng)的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本論文利用APSYS模擬軟件研究In Ga N近紫光LED受總極化、自發(fā)極化及壓電極化效應(yīng)的影響,包括對(duì)發(fā)光性能、能帶結(jié)構(gòu)、極化電場(chǎng)、載流子分布以及輻射再結(jié)合速率等特性的影響。結(jié)果表明由于壓電效應(yīng)的存在嚴(yán)重地影響器件的性能,壓電效應(yīng)的存在使界面積累電荷,從而建立的內(nèi)建電場(chǎng),造成嚴(yán)重的能帶傾斜現(xiàn)象,使得電子與空穴分開(kāi)局現(xiàn)在量子阱的兩側(cè),而導(dǎo)致電子與空穴波函數(shù)的重疊率降低,使器件的發(fā)光功率大大降低。同時(shí),極化電場(chǎng)使得載流子輸運(yùn)受阻,最終導(dǎo)致載流子分布不均勻。也就是說(shuō),要改善器件的發(fā)光性能,需要抑制壓電極化效應(yīng)。此外,本論文設(shè)計(jì)可改善壓電極化效應(yīng)的近紫光LEDs結(jié)構(gòu),采用極化匹配的In Ga N/Al Ga In N多重量子阱與寬禁帶的電子阻擋層相結(jié)合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。模擬結(jié)果表明采用了極化匹配的In Ga N/Al Ga In N作為活性區(qū)量子阱,可以降低電子溢流,具有較佳的電子與空穴波函數(shù)的重疊率,獲得均勻的載流子分布和較低的俄歇復(fù)合速率等,所以器件的efficiency droop現(xiàn)象不明顯。特別是搭配禁帶寬度較大的材料作為電子阻擋層EBL,能更進(jìn)一步提高量子阱對(duì)載流子的局限能力,優(yōu)化發(fā)光性能。
[Abstract]:Because of its potential application prospects in the future solid state lighting market, light emitting diodes have been widely developed and applied. Most of the conventional white light diodes in the market are mostly blue light emitting diodes (YAG). However, the white light emitting red, green and blue three color phosphors produced by the near violet light emitting diodes is high. Because of the advantages of chromaticity and color stability, the near violet light emitting diodes are still of great potential in the application of solid-state lighting. At present, the luminescence efficiency of the near violet light emitting diodes is still poor, because the low indium nitride gallium quantum well and the gap difference between the well barrier are small, and the carrier is not easily confined to the active region of the multi weight well, and nitridation is not easy. There is a strong polarization electric field in the object that leads to the energy band to be tilted, the overlap of the electron and hole wave function decreases, and the carrier can not contribute effectively to the radiation compound. This paper mainly discusses the effect of polarization effect on the near violet light emitting diode, and proposes the structure design to optimize the luminous power of the light emitting diode. The polarization effect strongly affects the photoelectric properties of the devices. Due to the existence of the accumulated polarization charge between the interfaces of the epitaxial layers, a powerful internal electric field will be produced, which affects the band structure of the light-emitting diodes, especially in the quantum well. The polarization effect makes the energy band of the quantum well tilt and the electrons and holes are confined to the quantum well, respectively. On both sides, the carrier recombination opportunity is greatly reduced, so the luminous power and efficiency of the LEDs are limited. This paper will study the effect of polarization effect on the indium nitride near violet light emitting diodes from the analogue point of view, and propose the design of the structure of the light emitting diodes to improve the polarization effect. This paper uses the APSYS simulation software to study the I The effect of n Ga N near violet light on the total polarization, spontaneous polarization and piezoelectric polarization effect, including the effects on the properties of luminescent properties, energy band structure, polarization electric field, carrier distribution and radiation rebinding rate. The results show that the existence of piezoelectric effect seriously affects the performance of the device, the existence of the piezoelectric effect makes the boundary area charged. The built in electric field causes serious band tilt, which makes the electrons and holes separate from the two sides of the quantum well, which leads to the reduction of the overlap rate of the electron and hole wave function, which makes the light power of the device greatly reduced. In order to improve the luminescence performance of the device, it needs to suppress the piezoelectric polarization effect. In addition, the structure of the near purple LEDs structure of the piezoelectric polarization effect can be improved. The structure of the polarization matched In Ga N/Al Ga In N multi weight well and the wide band gap electronic barrier layer is designed. The simulation results show that the In Ga N/Al Ga of the polarization matching is adopted. As an active region quantum well, In N can reduce the electron spillage, have a better overlap rate of electron and hole wave function, obtain uniform carrier distribution and lower Auger recombination rate, so the efficiency droop phenomenon of the device is not obvious. Especially, the material with larger band gap as the electronic barrier layer EBL can be more advanced. It improves the confinement ability of quantum wells to carriers and optimizes the luminescent properties.
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN312.8

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本文編號(hào)：1942735