电子束辐照对GaN基LED发光性能的影响[2]

　　3.2  3 MeV 电子束辐照 LED 的 PL 谱测试

　　对 2#外延片进行 PL 谱测试，得到的曲线如图 3 所示。从图中可以看出，在 456 nm 和 464nm 处存在两个明显的发光峰。其中，456 nm 处的发光峰可看作是深能级缺陷形成的，464 nm 处的发光峰为 InGaN/GaN 的带隙跃迁(430 nm 左右)和量子阱斯托克效应产生的红移共同引起的。另外，在 475 nm 处还存在一个较弱的发光峰，是由 N 空位能级(3. 36 eV)引起的。

　　如图4 所示，在经由低剂量 3 MeV 电子束辐照后，2#外延片的 PL 谱发生较大变化:主波长蓝移，发光峰最高的位置由辐照前的 464 nm 变为辐照后的 459 nm;次高峰减弱，波长变为 450 nm 左右。波长蓝移可解释为 3 MeV 电子束对 GaN 材料 LED 辐照时，由于辐照在材料内产生的大量缺陷会使得 GaN 材料内原子间的相互作用力发生变化，从而导致材料的禁带宽度增加，使主发光峰和次发光峰位置均发生变化。其中，由于辐照后电子更多地被 N 空位能级俘获，导致次发光峰减弱和 475 nm 处发光峰增强。3 MeV 电子束辐照使得 LED 的色纯度有所提高。

　　图3  2# GaN 基 LED 外延片的 PL 谱

　　图4  3 MeV 电子束辐照 GaN 基 LED 外延片的 PL 谱

　　3 .3  4. 5 MeV 电子束辐照 LED 的 PL 谱测试

　　采用 4. 5 MeV 电子辐照 2# GaN 基蓝光 LED外延片，选取低剂量的电子束辐照，并与未辐照LED 外延片的 PL 谱相比较，如图 5 所示。

　　由图 5 可知，经 4. 5 MeV 电子束辐照后，LED的发光强度有所降低。电子入射到物体中，随透射深度的增加，能量沉积到辐照物体内部。总的能量损失为:

　　D1表示碰撞过程导致的能量损失，D2表示韧致辐射导致的能量损失。

　　图5  4. 5 MeV 电子束辐照 GaN 基 LED 外延片的 PL 谱

　　ρ 为物质密度，m 为电子静止质量，v 为电子速度，c 为光速，r0为最小轨道半径，NA为 Avogadro 常数，Z*为等效原子数，A*为等效原子量。

　　其中

　　I 为原子的平均电离能，与原子序数有关;E 为电子动能，α0为精细结构常数。

　　由以上公式可以推出，在单一介质中同一位置处的能量损失随入射电子能量的增强而降低。

　　能量较小时，能量损失在介质内部达到峰值;随着能量的增强，峰值逐渐变小，并向下一层介质迁移。由于 LED 外延片为多层介质结构，每一层的能量损失规律与单层介质相同，但在介质界面处，由于物质阻止本领的不同，会在界面处留下大量缺陷，界面态缺陷的存在将会降低俘获载流子截面，发光也随之减弱。

　　4 结论

　　采用不同剂量的电子束对 LED 外延片进行辐照，对辐照前后 LED 的 PL 谱进行了比较。实验结果表明:采用低能量、低剂量电子束辐照时，由于电子束辐照引起的窄的本征区的产生，导致正向电流显著提高，LED 的发光强度提高;在增加剂量时，缺陷俘获少子浓度降低，会引起 LED的发光强度降低。在 3 MeV 电子束辐照下，原来色纯度不高的 LED 会在一定程度上变好;而在更高能量辐照下，由于多层介质结构的存在，将在材料界面处引入大量缺陷，引起器件发光减弱。实验结果对 LED 的电子束辐照改性实验具有一定的指导作用。

编辑：Cedar