氮化镓基发光二极管的低频噪声研究.pdf

摘要
摘 要
氮化镓作为第三代半导体材料的典型代表，在制作抗辐射、高频、大功率、
高密度集成的电子器件以及蓝、绿、紫外发光器件和光探测器件方面有着重要应
用。但是作为一种新型材料，无论是材料还是器件在制备过程中都存在一系列材
料物理和工艺问题，致使其中的缺陷密度很高，因此其质量和可靠性都达不到工
艺成熟的硅和砷化镓的水平。噪声与器件的内部缺陷密切相关，也直接影响着器
件的性能、应用和可靠性。所以对氮化镓基材料及器件的噪声分析有助于对该类
器件各种缺陷的特性，尤其是潜在缺陷对器件性能影响的研究。
本论文的主要成果和结论有：
1) 综述了目前氮化镓材料与器件的发展状况及低频噪声研究进展，研究了氮化镓
基发光二极管的结构、工作原理、制造工艺，从材料结构缺陷的角度分析了影
响其性能和质量的因素。
2) 在宽范围偏置条件下，测量了氮化镓基发光二极管的低频噪声，实验表明，其
低频噪声主要表现为典型的 1/f 噪声，噪声幅值与偏置电流的 m 次方成正比，
在低电流区，m 约为 1，在大电流区，m 约为 2。并比较了其低频噪声特性与砷
化镓基发光二极管的低频噪声特性的异同。
3) 在详细分析氮化镓基发光二极管低频噪声的产生机制上，深入研究了其偏置特
性，确定了不同电流传输机制下的的 1/f 噪声产生机理,根据载流子数涨落和
迁移率涨落理论，给出了三种典型的低频噪声的产生机理和定量模型。
4) 通过测试经辐照后器件中的低频噪声发现，在小注入时，器件出现了 g-r 噪声
组分，且幅值随辐照剂量的增加而增大，并从理论上初步解释了其原因。分析
辐照前后低频 1/f 噪声幅值随辐照剂量的变化规律，发现其 1/f 噪声主要分
为来源于结区的基本 1/f 噪声和来源于串联电阻的非基本 1/f 噪声。并探索了
可将其非基本 1/f 噪声幅值作为氮化镓基发光二极管抗辐照能力的表征参数。
本文工作可为将低频噪声用于氮化镓基发光二极管的可靠性研究提供实验和
理论基础。

关键词：GaN 基发光二极管 γ 射线辐照 缺陷 低频噪声
Abstract
Abstract
As a typical type of semiconductor material of the third generation, Gallium
Nitride has a lot of special properties,so it has been demonstrated a large potential for
applications in electronic devices of irradiation-hardness、high-frequency、large-power
and superintegration,and also in optoelectronic devices,such as blue、green and violet
light emitting diodes and as a new semiconductor material,
because of a variety of material physics and technoloical problems introduced in the
devices preparation, they contain high value of defects density and their quality and
reliability is far less than Si and GaAs,whose technologies are matured. Their noise
level has a relationship with inner defects,directly influences the divices’ performances、
application