PR-CMQB技术提升GaN基发光二极管性能的研究

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"具有减少偏振的Chi多量子势垒的GaN基发光二极管的优势" 在GaN(氮化镓)基发光二极管(LEDs)领域,电子阻挡层(EBL)的设计和优化对于器件性能至关重要。本文探讨了一种新型的电子阻挡层结构——基于极化减少的 chirped 多量子势垒(PR-CMQB),并对其在GaN基LED中的优势进行了深入的数值模拟和实验研究。PR-CMQB的设计旨在解决传统AlGaN EBL和普通CMQB面临的挑战,如电子泄漏和空穴注入效率低下的问题。 一、引言 GaN基LED由于其高效率和长寿命,在照明领域的应用前景广阔。然而,由于GaN材料的极化效应,会导致电子在阻挡层的泄漏,以及空穴注入到量子阱的困难,这些问题限制了LED的内部量子效率和光输出功率。PR-CMQB的设计正是为了解决这些问题,以提升器件的整体性能。 二、PR-CMQB的优势 1. 内部量子效率提升:数值和实验结果都证实,PR-CMQB LED的内部量子效率高于传统结构。这主要得益于PR-CMQB有效地阻止了电子泄漏到基区,从而增加了在发光区域的载流子复合,提升了发光效率。 2. 光输出功率增加:与单一AlGaN EBL或普通CMQB相比,PR-CMQB LED的光输出功率显著提高。这与内部量子效率的提升密切相关,更多的能量转化为光子,减少了非辐射复合,从而提高了光输出。 3. 空穴注入效率增强:PR-CMQB设计改善了空穴注入到量子阱的能力,这有助于平衡载流子浓度,进一步提升发光效率。 4. 效率下降减少:在高电流密度下,LED通常会出现效率下降现象,称为“效率droop”。然而,采用PR-CMQB的LED显著降低了这一现象,表明其在高工作条件下仍能保持良好的性能。 三、PR-CMQB的实现与原理 PR-CMQB通过调整量子势垒的组成和厚度来降低极化效应。这种“chirped”(即变化的)设计使得势垒的带隙宽度沿生长方向连续变化,从而减少电子在阻挡层内的泄漏通道。同时,它也有助于改善空穴传输,增强了整体的载流子注入和复合过程。 四、结论 PR-CMQB的引入为GaN基LED提供了一种有效的优化策略,可以显著提高器件的性能,尤其是在高功率应用中。这一创新设计不仅提高了内部量子效率和光输出功率,还降低了效率droop现象,对于推动GaN基LED技术的发展具有重要意义。 通过数值模拟和实验验证,PR-CMQB在GaN基LED中的应用展示了显著的优越性,为未来的LED设计提供了新的思路,有望进一步推动照明和显示技术的进步。