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GaN基LED特性测量 论文主要内容： 一、引言 1.1 LED的应用及发展历史 1.2 Ⅲ族氮化物材料基本性质及GaN基LED研究进展 1.3 GaN基LED所面临的主要问题 二、理论知识 2.1 GaN基LED的器件结构 2.2 电致发光原理 2.3 LED的结温测量 三、测量结果与分析 3.1 GaN基LED光学特性分析 3.2 GaN基LED电学特性分析 3.3 GaN基LED热学特性分析 1.1 LED的应用及发展历史 LED全称是Light-Emitting Diode，即发光二极管，是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光的发光器件，被称为第四代照明光源和绿色光源。 特点： 1、寿命长 2、体积小 3、耗电量小 4、绿色环保，无汞污染 5、响应速度快 6、适用性广泛 7、易于进行二次光学设计 应用： 指示、显示、装饰、背光源、城市夜景、白光照明等领域 1.2 Ⅲ族氮化物材料基本性质及GaN基LED研究进展 III 族氮化物宽禁带半导体材料是继Si 和GaAs 材料后的第三代半导体材料，具有高熔点，高硬度，高热导率与电子迁移率，化学稳定性好和抗辐照能力强等优异物理、化学性质。 nN、GaN和AlN 均属于直接带隙半导体材料，通过控制In 组分的浓度，其带隙可以从0.7 eV（InN）到6.2 eV（AlN）连续改变。其发光波长涵盖了从近红外到深紫外的光谱范围，与太阳光谱完美匹配，是重要的发光与显示材料和光电转换材料。 现今的LED器件发展到现在主要都是在蓝宝石衬底上生长的，随着MOCVD技术的成熟以及LED器件制备工艺的稳定，蓝宝石衬底的LED器件的光效也在逐渐的提高，但蓝宝石衬底也带来很多局限性。 首先，蓝宝石衬底与GaN材料的晶格不匹配 带来高的位错密度和应力残存使器件效率下降 。 其次，蓝宝石衬底的不导电性使得基于蓝宝石衬底的LED器件只能制备成平面结构的LED器件，这样的结构降低了器件的注入效率和外量子效率。 1.3 LED的垂直结构 GaN基LED有两种基本结构：正装结构和垂直结构: 2.1 GaN的材料特性 GaN材料通常呈现纤锌矿和闪锌矿两种晶体结构 ： 热力学上稳定的GaN 结构是纤锌矿结构，闪锌矿结构是GaN 的亚稳相。 GaN是极稳定的化合物，硬度高，熔点高，具有高的电离度 ，在室温下，GaN不溶于水、酸和碱，在热的碱溶液中溶解速度非常缓慢。 GaN的直接带隙能量为3.39eV，是优良的光电子材料 。 2.2 电致发光原理 电致发光，英文名称为Electroluminescense，简称EL。 电致发光有两种类型： 第一种是撞击式电致发光； 第二种是注入式场致发光 ，LED和LD的发光就属于这类发光过程。 2.3 LED的结温测量 LED的基本结构是一p-n结，严格意义上，结温是指LED中p-n结的温度，而通常可以理解为LED芯片的温度。 LED结温和光谱特性关系测量原理图 3.1 GaN基LED光学特性 峰值波长与电流的关系 半高宽与电流的关系 发光强度与电流的关系 GaN基LED电学特性分析 GaN基LED热学特性分析 LED峰值波长变化与结温变化的关系 波长变化与电流关系图 结论： VLED的发光强度大于LED，且能承受更大电流，这证明其散热性能比LED好。 VLED与LED启动电压相同，但在更大的电压区，相同电压下VLED的电流要大于LED。 LED器件的峰值波长随结温变化基本呈现一线性关系 ，因此在得出线性比率后可由峰值波长的变化求出结温的变化。 Thank you! * * 正装结构LED 垂直结构LED 纤锌矿结构 闪锌矿结构 六方GaN能带 LED的光谱图 VLED的光谱图 △λ=0.06646*△T（℃） 0.05943 0.05938 0.05954 0.05938 斜率k（nm/℃） 平均值 200mA 50mA 20mA *