登记号：

粤科成登（1）字[2016]0149

登记日期：

2016.05.06

成果名称：

大电流下氮化镓LED载流子输运机理及对发光效率的影响

完成单位：

华南师范大学

研究人员：

李述体、尹以安、章勇、范广涵

研究时间：

2011.02 至2013.12

成果评价单位：

华南师范大学学术委员会

成果评价日期：

2016.05.16

成果应用行业：

制造业

高新科技领域：

电子信息

学科分类：

简介：

尽管在十多年前就已经制备出了高亮度GaN基LED，但随着LED应用的拓展，对器件提出了更高要求，GaN基LED仍然有大量物理问题需要解决。深入研究GaN基LED的载流子（电子和空穴）的输运，研究压电极化和自发极化对载流子的复合影响，优化量子阱结构、电子阻挡层、P型传输层的结构设计，对于提升LED发光效率、改善大电流工作下的效率下降问题十分重要，也是近年国际GaN基LED研究的重点。 本课题组近年来在大电流下GaN基LED载流子输运机制及其对发光效率的影响进行了系统的理论和实验研究，陆续发表相关论文20余篇，授权发明专利2项，做出了一系列创新成果。这些成果在阐明GaN基LED载流子输运机理，理解压电极化和自发极化对载流子复合的影响机制，以及降低位错和缺陷对载流子的束缚等方面做出了重要贡献，为GaN基LED以及相关器件的研制和相关物理机制研究提供了坚实的实验和理论指导。这些研究成果也可在LED外延和芯片产业进行技术转让或技术合作，提升LED外延片和芯片质量。课题组取得的成果归纳如下： 1、开创性研究了P型低In组分InGaN插入层对GaN基LED载流子输运及能带结构的影响。通过在量子阱发光层之后，插入10nm的P型低In组分InGaN层，从而在能带结构中引入势阱层，大大改善了P型层空穴的输运，提高注入效率，同时也对电子传输到P型层有明显的阻挡作用。改善了LED在大电流下的效率下降问题，并明显提升了LED的发光效率。该工作在Appl. Phys. Lett.上发表，引用次数达到33次。后续课题组以及国内外研究者陆续在这基础上开展的一系列工作，取得更多创新成果。 2、研究发现相对于传统的固定Al组分电子阻挡层，采用Al组分渐变的电子阻挡层能有效降低量子阱由于晶格失配带来的压电应力，增加量子阱区电子和空穴的交叠。该结构还能降低空穴势垒、增大电子势垒，从而增加空穴在量子阱内的注入，并减少电子泄漏到P型层，提高发光效率。该工作在Appl. Phys. Lett.上发表，引用次数达到49次。后续课题组以及国内外研究者陆续在这基础上对优化电子阻挡层结构开展了一系列工作，取得更多创新成果。 3、研究发现在量子阱发光层之后，在低温插入一未掺杂GaN层，能有效降低量子阱由于杂质和缺陷引起的肖克莱复合（一种非辐射复合），从而提升LED发光效率。同时，低温插入未掺杂GaN层还可以改善量子阱晶体质量，减少由于杂质和缺陷引起的漏电流，改善电流增大时LED发光峰展宽和波长漂移的问题。该工作在Optics Express上发表。 4、提高白光LED的显色指数，对于改善LED显色的逼真度至关重要，也是白光LED研究的重要课题。研究发现，通过制备两个分立的量子阱，从而研制出双波长的蓝光LED，通过双波长的蓝光LED激发荧光粉，可明显改善白光LED的显色指数，白光LED的显色指数能达到85以上。该工作在Optics Lett. 和Phys. Status Solidi A发表。