基于InGaN量子点的发光二极管载流子复合动力学研究

摘要

InGaN半导体材料具有带隙宽度通过改变In组分可调的特点,被广泛应用在新一代光电子器件中,但绿光LED依然存在"绿隙(green gap)"问题有待解决.本文深入研究载流子复合机制,为解决"绿隙"提供新思路.利用光致荧光光谱(PL)和时间分辨光谱(T RPL)研究了不同温度下对应不同光子能量的In-GaN量子点(QDs)发光二极管器件的载流子复合动力学过程,得到了InGaN QDs的瞬态光致发光特性和辐射/非辐射复合的瞬态寿命.稳态光致发光谱在15～300 K的温度范围内,峰值出现先蓝移再红移(S-shaped)的偏移现象,发射峰值蓝移约4.2 meV,在60 K时达到最大值,随后发射峰红移,形成随温度呈S形的变化.这种变化说明QDs结构中载流子局域化行为,激子复合是InGaN量子点绿光发射的主要原因.通过拟合不同温度下的归一化PL积分强度,获得激活能Eact约为204.07 meV,激活能较高,证明了InGaN量子点具有较强的载流子限制作用,可以更好抑制载流子向非辐射复合中心迁移,内量子效率(internal quantum efficiency)为35.1％.InGaN QDs中自由载流子复合的平均复合寿命 τrad=73.85ns.能量边界值Eme=2.34 eV远高于局域深度E0=62.55 meV,可见能级完全低于迁移率边缘,因此InGaN QDs寿命衰减归因于载流子局域态复合.通过使用改进的光谱数据分析手段对基于内嵌量子点新结构的荧光器件进行研究,得到了有意义的结论,为进一步了解InGaN量子点内部发光机理和研制新一代照明器件提供借鉴,说明引入InGaN量子点对光电器件的发展具有很好的推动作用.