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1、毕南帅范人学坝I 学位论立贷 5 0 3 8 Q 。，：摘要q叫I 如何提高高亮度发光三趑管( H B L E D ) 的亮度是一项极具理论和经济效益 的课题。实践证明，通过改变器件结构可以大大提高H B L E D 的亮度。y 本论文结合完成的超高亮度发光二极管半工业化实验项目，提出了改进的 H B L E D 器件结构，提高了L E D 亮度。采用P N 渐变异质结替代现行的p - N 突 变异质结，不仅有效提高了发光亮度，而且改善了器件质量。 本文从理论上分析此结构改进的合理性和有效性，得到一系列地结论。并且 用双层突变拟合渐变方式进行芯片生长，实验结果符合理论分析。 本文还针对高亮度发
2、光二极管的器件结构中重要的退拄厦结结麴( D H ) 和 多量子阱( M Q W ) 结构进行了系统的，深入的分析和研究。分析了每一种结构 在载流子输运、载流子限制和复合等方面产生的作用，从而阐明了这两器件结构 是如何提高H B L E D 的发光亮度。 I 本文的主要工作如下： 1 在理论上提出在H B L E D 器件的D H 结构中使用P N 结的渐变异质结替代现 行的p N 突变异质结。分析采用异质结渐变方式将增加H B L E D 的电流注入比， 减小内建电势，改善晶体质量，并且不影响p N 结对空穴的限制。此举将会有效 提高发光亮度。 2 通过模拟不同渐变长度下的能带形状，得出结论
3、：不同渐变长度下，最佳渐 变方式并不相同。渐变长度较短时，高斯渐变和抛物线渐变是最佳渐变方式，能 带形状更适合载流子输运。渐变长度较长时，线性渐变是最佳渐变方式，能带形 状更适合载流子输运。 3 在三种不同掺杂情况下，通过数值模拟得出消除能带尖峰所需的最小渐变长 度。并且得出结论：N 型掺杂浓度越高，消除尖峰所需的渐变长度越短。 4 由于渐变异质结在实现上存在一定的困难，因此我们提出了用双层突变异质 结拟合渐变异质结。并且通过拟合能带边，得出最佳的两层组分分配。通过计算， 得出第二层的最佳突变位置。并且从实验结果看，双层突变异质结有效提高发光 亮度，改善了器件参数，晶体质量变好。 5 通过推导
4、，得出一个计算化合物半导体异质结内建电势的公式。内建电势是 一个重要的参数，通过它可以得到很多异质结的相关参数。得出的公式与相比传 统公式更简单、实用。并且准确度较高。 6 全面分析双异质结结构( D H ) 在H B L E D 中的重要作用。D H 结构不仅提高 了载流子注入比并且加强了载流子限制作用，提高了辐射复合的效率，使得 H B L E D 的亮度大幅度提高。并且引入模拟异质结的数学模型。总结异质结生长 方面的问题。 7 全面分析多量子阱结构( M Q W ) 在H B L E D 中的重要作用。采用M Q W 结 构可以减小相同发射波长下材料中的铝组分，从而改善了晶体大的质量。M
5、 Q W 结构比D H 结构更加有效的限制载流子，增加辐射复合效率。从而提高了发光亮 度。总结了M Q W 生长。引入了模拟M Q W 的数学模型。1 y! ! ! ! 业篓叁兰堡! 兰篁堡兰一A B S T R A ( 了H o wt oe n h a n c et h eb r i 【g h t n e s so fH i g hB r i g h t n e s sL i g h tE m i t t i n gD i o d ei sav a l u a b l ep r o b l e mi nt h e o r ya n di ne c o n o m y I m p r o v
6、i n gt h es t r u c t u r eo ft h ec h i pc a ng r e a t l ye n h a n c et h eb r i g h t n e s so fL E D I nt h i st h e s i s ，t h ee f f e c t so fa p p l y i n gp - Ng r a d e dh e t e r o j u n c t i o ni n s t e a do fp - Na b r u p th e t e r o j u n c t i o nh a v eb e e na n a l y z e dt h
7、e o r e t i c a l l ya n dm a n u f a c t u r e de x p e r i m e n t a l l y , a n dg r e a tp r o g r e s sh a sb e e no b t a i n e d I nt h i st h e s i s e a c hs t r u c t u r ei nt h eL E Dc h i ph a sa n a l y z e d d e e p l ya n ds y s t e m a t i c a l l y n ee f f e c to fe a c hs t r u c
8、 t u r eo nt h et r a n s f e ro ft h ec a r r i e r , t h e c o n f i n e m e n to ft h ec a r r i e r , t h er e c o m b i n a t i o no ft h ec a l T i e rh a sb e e na n a l y z e d T h em a i nW O r ki ss h o w e da sf o l l o w ：1 A p p l i n gP Ng r a d e dh e r e r o j u n c t i o ni n s t e
9、a do fa b r u p to n ei ss t u d i e dd e e p l yi nt h e o r y , a n dt h ec o n c l u s i o ni st h a ti tw i l le n h a n c et h ec u r r e n ti n j e c t i o nr a t i o d e c r e a s et h eb u i l t i nv o l t a g e i m p r o v et h eq u a l i t yo ft h ec r y s t a la n di tw i l ln o ta f f e
10、c tt h ec o n f i n e m e n tt ot h eh o l e I te n h a n c e st h eb r i g h t n e s se f f e c t i v e l y 2 n eb a n dp r o f i l ei Ss i m u l a t e db yt h em a t h e m a t i cw a y W eg e tt h ec o n c l u s i o n W h e nt h eg r a d i n gl e n g t hi sc o m p a r a t i v e l ys h o r t ，t h e
11、b e s tg r a d i n gw a ya r cG a t ha n dp a r a b o l i cw a y W h e nt h eg r a d i n gl e n g t hi sc o m p a r a t i v e l yl o n g ，t h el i n e r a lg r a d i n g w a yi st h eb e s to n e U n d e rt h eb e s tg r a d i n gw a y , t h es h a p eo ft h eb a n dp r o f i l ei sm o r ep r o p i
12、t i o u st ot h et r a n s f e ro ft h ec a r r i e r 3 U n d e rt h et h r e ed i f f e r e n td o p i n gd e n s i t i e s ，w eg e tt h el e a s tg r a d i n gl e n g t ht om a k e t h es p i k ev a n i s h W eg e tt h ec o n c l u s i o n ：T 1 l eh i g l l e rt h ed o p i n gd e n s i t yi s ，t h
13、 es h o r t e r g r a d i n gl e n g t hi sw a n t e dt om a k et h es p i k ev a n i s h 4 A st h e r ei Ss o m ed i f f i c u l t yt om a n u f a c t u r et h eg r a d e dh e t e r o j u n c t i o n ，w ep u t f o r w a r dt h a ti tc a nu s ed o u b l el a y e ra b r u p th e t c o j u n c t i o n
14、t ot a k et h ep l a c eo ft h eg r a d e dh e t e r o j u n c t i o n W eg e tt h eb e s td i s t r i b u t i o n so ft h et w ol a y e ra n dt h eb e s ta b r u p tp o s i t i o n F r o mt h er e s u l to ft h ep r a c t i c e ，t h i ss t r u c t u r ee n h a n c e st h eb r i g l l t n e s s o fL
15、 e De f f e c t i v e l y , i m p r o v e st h eq u a l i t yo ft h ec r y s t a la n di m p r o v e st h ep e r f o r m a n c e o ft h ed e v i c e 5 Af o r m u l ai sd e d u c e dt oc a l c u l a t et h eb u i l t i nv o l t a g eo ft h ec o m p o u n d s e m i c o n d u c t o r W eC a ng e ts o m
16、 ei m p o r t a n tp a r a m e t e r sf r o mt h eb u i l t i nv o l t a g e n e f o r m u l ai sm o r es i m p l ya n du s e f u lt h a nt h eo r t h o d o xo n e ，a n dt h ea c c u r a c yi sh i g h 6 T h ee f f c c to ft h eD Ho nt h eH B L E Di Sa n a l y z e d A p p l y i n gD HC a ne n h a n c et h ei n j e c t i o nr a t i o ，s t r e n 【g l 【h e nt h ec o n f i n e m e n tt ot h ec a r r i e ra n de n h a n c e dt h ee f f j
