摘要: 本文设计了一种具有低 Al组分 p型渐变 AlxGa1-xN层和高 /低 Al组分 AlGaN倍增层的背入射式 p-i-n-i-n吸收倍增区分离的特殊 AlGaN日盲紫外雪崩光电二极管( Avalanche Photodiode, APD), 并插入 AlN/Al0. 64Ga0. 36N分布式布拉格反射器来改善 APD的日盲响应。为了在实验条件下生长出特殊设计的 AlGaN APD, 用 Atlas-Silvaco仿真软件对该器件结构进行仿真, 并用常规结构 APD作为参照。研究结果表明, 特殊设计的 APD比常规的 APD表现出更好的光电特性。由于设计的 APD拥有更高的空穴碰撞电离系数并同时产生了与外加电场同方向的高极化电场, 所以相比于常规的 APD, 本文设计的 APD的雪崩倍增增益为 6. 11×104, 提高了 10倍, 同时雪崩击穿电压显著降低。设计的 APD的光电特性良好, 为生长 AlGaN基 APD提供了坚实的理论基础。

势垒硅掺杂对InGaN量子阱中的电场及LED器件的光电性能有着重要的影响。采用6×6 K·P方法计算了不同势垒硅掺杂浓度对量子阱中电场的变化, 研究表明当势垒硅掺杂浓度＞1e18 cm-3时, 阱垒界面处的电场强度会变大, 这主要是由于硅掺杂浓度过高导致量子阱中界面电荷的聚集。进一步发现随着势垒掺杂浓度的升高, 总非辐射复合随之增加, 其中俄歇复合增加, 而肖克莱-霍尔-里德复合随之减少, 这是由于点陷阱的增大形成了缺陷能级。电流电压曲线表明势垒掺杂可有效改善GaN基LED的工作电压, 这归于掺杂浓度的提高改善了载流子的传输特性。当掺杂浓度为1e18 cm-3时, 获得了较高的内量子效率, 这主要是由于适当的势垒掺杂降低了量子阱中界面电荷的损耗。

通过MOVPE方法生长了不同Al组分的3块AlxGa1-xN样品, 利用稳态光谱和时间分辨光谱对其样品的光学特性进行了分析。鉴于影响氮化物发光性质的极化电场或局域态的单一机制不能充分解释我们的实验现象, 提出了局域态-内部极化电场竞争的机制。通过对实验数据的分析, 得出如下重要结论: 样品PL峰位蓝移的温度起点基本对应于局域态和极化电场起作用的交替点, PL峰位发生蓝移的温度起点与光强-温度曲线的斜率出现明显变化的温度点一致; 随着温度的升高, 若AlGaN合金样品中PL峰位存在二次蓝移, 则说明样品中电场分布不均匀。