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p型层结构与掺杂对GaInN发光二极管正向电压温度特性的影响

毛清华 刘军林 全知觉 吴小明 张萌 江风益

p型层结构与掺杂对GaInN发光二极管正向电压温度特性的影响

毛清华, 刘军林, 全知觉, 吴小明, 张萌, 江风益
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  • 在温度变化时, 如果GaInN发光二极管能够保持相对稳定的工作电压对其实际应用具有重要意义. 本文通过金属有机化学气相沉积生长了一系列包含不同有源区结构、不同p型层结构以及不同掺杂浓度纵向分布的样品, 并对其在不同温度区间内正向电压随温度变化的斜率(dV/dT)进行了研究. 结果表明: 1)有源区中包括插入层设计、量子阱结构以及发光波长等因素的变化对正向电压随温度变化特性影响很小; 2)影响常温区间(300 K± 50 K)正向电压随温度变化斜率的最主要因素为p-AlGaN 电子阻挡层起始生长阶段的掺杂形貌, 具有p-AlGaN陡掺界面的样品电压变化斜率为-1.3 mV·K-1, 与理论极限值 -1.2 mV·K-1十分接近; 3) p-GaN主段层的掺Mg浓度对低温区间(V/dT斜率越大. 以上现象归因于在不同温度区间, p-AlGaN 以及p-GaN 发生Mg受主冻结效应的程度主要取决于各自的掺杂浓度. 因此Mg掺杂浓度纵向分布不同的样品在不同的温度区间具有不同的串联电阻, 最终表现为差异很大的正向电压温度特性.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61334001, 11364034, 21405076)、国家科技支撑计划(批准号: 2011BAE32B01)和国家高技术研究发展计划(批准号: 2011AA03A101)资助的课题.
    [1]

    Chen W C, Tang H L, Luo P, Ma W W, Xu X D, Qian X B, Jiang D P, Wu F, Wang J Y, Xu J 2014 Acta Phys. Sin. 63 068103 (in Chinese) [陈伟超, 唐慧丽, 罗平, 麻尉蔚, 徐晓东, 钱小波, 姜大朋, 吴锋, 王静雅, 徐军 2014 物理学报 63 068103]

    [2]

    Xie Z L, Zhang R, Fu D Y, Liu B, Xiu X Q, Hua X M, Zhao H, Chen P, Han P, Shi Y, Zheng Y D 2011 Chin. Phys. B 20 116801

    [3]

    Jiang R, Lu H, Chen D J, Ren F F, Yan D W, Zhang R, Zheng Y D 2013 Chin. Phys. B 22 047805

    [4]

    Xi Y, Schubert E F 2004 Appl. Phys. Lett. 85 2163

    [5]

    Keppens S, Ryckaert W R, Deconinck G, Hanselaer P 2008 J. Appl. Phys. 104 093104

    [6]

    Jiang F Y, Liu W H, Li Y Q, Fang W Q, Mo C L, Zhou M X, Liu H C 2007 J. Lumin. 122 693

    [7]

    Meyaard D S, Cho J, Schubert E F, Han S H, Kim M H, Sone C 2013 Appl. Phys. Lett. 103 121103

    [8]

    Mao Q H, Jiang F Y, Cheng H Y, Zheng C D 2010 Acta Phys. Sin. 59 8078 (in Chinese) [毛清华, 江风益, 程海英, 郑畅达 2010 物理学报 59 8078]

    [9]

    Götz W, Johnson N M, Chen C, Liu H, Kuo C, Imler W 1996 Appl. Phys. Lett. 68 3144

    [10]

    Kozodoy P, Xing H L, Denbaars S P, Mishara U K 2000 J. Appl. Phys. 87 1832

    [11]

    Ohba Y, Hatano A 1994 J. Cryst. Growth 145 214

    [12]

    Suzuki M, Nishio J, Onomura M, Hongo C 1998 J. Cryst. Growth 189 511

    [13]

    Tanaka T, Watanabe A, Amano H, Kobayashi Y, Akasaki I, Yamazaki S, Koike M 1994 Appl. Phys. Lett. 65 593

  • [1]

    Chen W C, Tang H L, Luo P, Ma W W, Xu X D, Qian X B, Jiang D P, Wu F, Wang J Y, Xu J 2014 Acta Phys. Sin. 63 068103 (in Chinese) [陈伟超, 唐慧丽, 罗平, 麻尉蔚, 徐晓东, 钱小波, 姜大朋, 吴锋, 王静雅, 徐军 2014 物理学报 63 068103]

    [2]

    Xie Z L, Zhang R, Fu D Y, Liu B, Xiu X Q, Hua X M, Zhao H, Chen P, Han P, Shi Y, Zheng Y D 2011 Chin. Phys. B 20 116801

    [3]

    Jiang R, Lu H, Chen D J, Ren F F, Yan D W, Zhang R, Zheng Y D 2013 Chin. Phys. B 22 047805

    [4]

    Xi Y, Schubert E F 2004 Appl. Phys. Lett. 85 2163

    [5]

    Keppens S, Ryckaert W R, Deconinck G, Hanselaer P 2008 J. Appl. Phys. 104 093104

    [6]

    Jiang F Y, Liu W H, Li Y Q, Fang W Q, Mo C L, Zhou M X, Liu H C 2007 J. Lumin. 122 693

    [7]

    Meyaard D S, Cho J, Schubert E F, Han S H, Kim M H, Sone C 2013 Appl. Phys. Lett. 103 121103

    [8]

    Mao Q H, Jiang F Y, Cheng H Y, Zheng C D 2010 Acta Phys. Sin. 59 8078 (in Chinese) [毛清华, 江风益, 程海英, 郑畅达 2010 物理学报 59 8078]

    [9]

    Götz W, Johnson N M, Chen C, Liu H, Kuo C, Imler W 1996 Appl. Phys. Lett. 68 3144

    [10]

    Kozodoy P, Xing H L, Denbaars S P, Mishara U K 2000 J. Appl. Phys. 87 1832

    [11]

    Ohba Y, Hatano A 1994 J. Cryst. Growth 145 214

    [12]

    Suzuki M, Nishio J, Onomura M, Hongo C 1998 J. Cryst. Growth 189 511

    [13]

    Tanaka T, Watanabe A, Amano H, Kobayashi Y, Akasaki I, Yamazaki S, Koike M 1994 Appl. Phys. Lett. 65 593

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-11-13
  • 修回日期:  2014-12-24
  • 刊出日期:  2015-05-05

p型层结构与掺杂对GaInN发光二极管正向电压温度特性的影响

  • 1. 南昌大学国家硅基LED工程研究中心, 南昌 330047
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61334001, 11364034, 21405076)、国家科技支撑计划(批准号: 2011BAE32B01)和国家高技术研究发展计划(批准号: 2011AA03A101)资助的课题.

摘要: 在温度变化时, 如果GaInN发光二极管能够保持相对稳定的工作电压对其实际应用具有重要意义. 本文通过金属有机化学气相沉积生长了一系列包含不同有源区结构、不同p型层结构以及不同掺杂浓度纵向分布的样品, 并对其在不同温度区间内正向电压随温度变化的斜率(dV/dT)进行了研究. 结果表明: 1)有源区中包括插入层设计、量子阱结构以及发光波长等因素的变化对正向电压随温度变化特性影响很小; 2)影响常温区间(300 K± 50 K)正向电压随温度变化斜率的最主要因素为p-AlGaN 电子阻挡层起始生长阶段的掺杂形貌, 具有p-AlGaN陡掺界面的样品电压变化斜率为-1.3 mV·K-1, 与理论极限值 -1.2 mV·K-1十分接近; 3) p-GaN主段层的掺Mg浓度对低温区间(V/dT斜率越大. 以上现象归因于在不同温度区间, p-AlGaN 以及p-GaN 发生Mg受主冻结效应的程度主要取决于各自的掺杂浓度. 因此Mg掺杂浓度纵向分布不同的样品在不同的温度区间具有不同的串联电阻, 最终表现为差异很大的正向电压温度特性.

English Abstract

参考文献 (13)

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