GAN基LED电子束流辐照效应的研究

摘要

随着半导体器件应用的不断发展，越来越多的光电子器件需要工作在辐照极端恶劣的环境中，这对光电子器件抗辐照能力提出了更高的要求。GaN材料作为第三代半导体的代表，在许多光电器件方面具有重要应用。氮化镓(GaN)材料具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好等诸多优点，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件等方面都有重要应用，而且采用蓝光GaN与荧光粉复合生成白光是制作白光LED的重要方法。同时GaN材料具有较强的抗辐照能力，在未来空间探测以及核技术中GaN器件必将具有广阔的应用前景，因此研究GaN材料及器件的辐照效应意义重大。
　　本文主要研究了不同能量和剂量的电子束流辐照对GaN基LED的光电学性能的影响，重点研究GaN基LED的峰值波长、光强、色温、色纯度、工作电流等参数受电子束辐照效应影响。本文主要做了以下研究:
　　1.利用2.5GeV电子束流辐照GaN基LED时，随着辐照的剂量的不断增加LED的光功率呈指数下降，工作电流不断升高，发光波长出现了蓝移，而且经点亮辐照的LED，在辐照后工作性能更加稳定，这主要是因为辐照过程中产生不同类型的缺陷，同时辐照中存在点亮自退火的过程。
　　2.利用1.5MeV电子束流辐照白光LED灯板时，辐照使LED的光效增高16％，峰值波长发生蓝移、色温升高、色纯度下降，这主要是因为辐照过程使荧光粉的基质(YAG)与稀土元素发光中心(Ce3+)的距离减小，发光中心数量增多以及极化效应使GaN材料的禁带宽度变大等作用所引起的。
　　3.通过蒙特卡洛方法对高能电子辐照过程中电子能量的传输以及射程分布进行了模拟，并基于以上模拟理论建立简化的随机模型，用CASINO软件对辐照过程中电子运行轨迹进行了仿真。仿真结果与理论分析结果吻合较好，表明使用该方法模拟高能电子辐照能量传输过程具有一定的实用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 GaN材料及器件概述

1．2 GaN材料及器件应用

1．3 GaN材料及器件的辐照效应的研究

1．4 本文主要研究内容

第二章 GaN辐照效应的模拟

2．1 辐照损伤机理

2．1．1 辐照效应

2．1．2 辐照损伤对GaN材料的影响

2．2 辐照过程中能量运输的蒙特卡洛模拟

2．2．1 蒙特卡洛模拟方法简介

2．2．2 电子的传输

2．2．3 高能电子在介质中传输的能量损失

2．3 本章小结

第三章 高能辐照GaN基蓝光LED

3．1 高能辐照设备

3．2 LED光电性能测控系统

3．3 高能束流辐照实验

3．4 结果与讨论

3．4．1 辐照对LED发光光谱的影响

3．4．2 高能辐照对LED发光功率的影响

3．4．3 高能辐照对LED工作电流的影响

3．5 辐照作用下GaN基LED的XPS和XRD分析

3．6 本章小结

第四章 低能辐照GaN白光LED

4．1 实验设备及装置

4．1．1 粒子加速器

4．1．2 积分球

4．2 低能电子辐照实验

4．3 实验结果及讨论

4．3．1 辐照前后发光光效的对比

4．3．2 辐照前后峰值波长的对比

4．3．3 辐照前后色温的对比

4．3．4 辐照前后色纯度对比

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢