硅基纳米柱GaN-LED的制备与光谱特性分析

• 作者: 张伟 张雨茜 张雪花 胡芳仁 郭俊宏 陆志成
• 来源期刊: 光谱学与光谱分析
• 学科: 物理学
• 关键词: 氮化镓 分子束外延 纳米柱 发光二级管 微纳加工 光谱分析
• 年，卷（期）: 2019,（8）
• 页码范围: 2450-2453
• 页数: 4页
• 分类号: O433.4
• 字数: 2732字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)08-2450-04

摘要

Ⅲ-Ⅴ族氮化物发光二极管因具有寿命长、尺寸小、高效、节能等优点,得到广泛的研究与应用.随着光通信、万物互联等领域的进一步发展,需要开发高质量的微纳光源和微纳光波导.纳米柱氮化镓发光二级管(GaN-LED)是一种重要的微纳光源,具有广阔的应用前景.另一方面,作为应用最广的硅半导体材料本身并不是直接半导体,发光效率低下而不能作为光源使用.因此,研究基于硅基板的纳米柱GaN-LED微纳光源具有非常重要的意义.采用射频分子束外延技术(MBE)在Si基板上沉积并生长具有GaN缓冲层、Si掺杂的n-GaN层、4个周期的InGaN/GaN量子阱层和Mg掺杂的p-GaN层的GaN基PN结构.利用扫描电子显微镜(SEM)观察其表面和侧面形貌,可观察到以一定的倾斜角度生长于衬底表面、排列紧密且整齐的纳米柱.利用微纳加工技术制备纳米柱GaN-LED,对已获得的纳米柱外延片进行SOG填充、FAB刻蚀,在p-GaN层和Si衬底侧蒸镀电极,并对LED两电极施加直流电压,进行I/V曲线和电致发光(EL)特性的测试.纳米柱GaN-LED的阈值电压为1.5V,在室温下的峰值波长为433 nm.纳米柱结构可有效减小LED的阈值,在相同电压情况下,纳米柱LED的亮度更高,展现了良好的发光特性.GaN纳米材料与体材料相比,纳米结构中存在应力弛豫可以有效地降低位错密度,尺寸小于光生载流子或激子的扩散长度,因而能够减小光电子器件激活层中的局域化效应.通过TCAD仿真,对与实验结构相同的纳米柱GaN-LED两电极分别施加5,6和7V的电压,可得到纳米柱LED的发光光谱.仿真结果显示纳米柱GaN-LED的发光波长在414～478 nm之间,发光颜色为天青蓝到蓝紫色之间,峰值波长为442 nm,发出鲜亮蓝色的光,与实验获得的EL光谱结果相近.随电压增大,发光光谱峰值波长减小,出现轻微的峰值波长蓝移.在纳米柱结构中In-GaN/GaN区域产生强烈的极化效应,纳米柱结构在量子阱区域的载流子浓度增加,削弱了量子限制斯塔克效应,从而使LED波长峰值向高频率移动即蓝移.其次,纳米柱结构能够引起应力释放,也会引起峰值波长蓝移.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	张伟	南京邮电大学电子与光学工程学院	66	273	9.0	13.0
2	胡芳仁	南京邮电大学电子与光学工程学院	33	91	5.0	8.0
3	郭俊宏	南京邮电大学电子与光学工程学院	7	3	1.0	1.0
4	张雪花	南京邮电大学电子与光学工程学院	3	1	1.0	1.0
5	陆志成	南京邮电大学电子与光学工程学院	2	1	1.0	1.0
6	张雨茜	南京邮电大学电子与光学工程学院	2	1	1.0	1.0