基于氧化镓透明电极的AlGaN基紫外LED芯片制备

发布时间：2020-05-17 02:05

【摘要】：AlGaN基紫外发光二极管(Ultraviolet light-emitting diode,UVLED)在杀菌消毒、材料固化、生化检测、光学治疗和特种照明等方面具有广阔的应用前景。与传统的汞灯相比,紫外LED具有绿色环保、体积小、使用寿命长和低工作电压等优点。然而,与传统的绿光和蓝光LED相比,紫外LED的电光转化效率仍然比较低。因此,优化正装紫外LED的透明导电电极和倒装紫外LED的反射电极,对于提高紫外LED的电光转化效率具有重要的意义。氧化镓(Ga_2O_3)与传统的铟锡氧化物(indium tin oxide,ITO)相比具有更宽的光学带隙(4.9eV),因此能够吸收更少的紫外光。本论文首先制备了ITO/Ga_2O_3/Ag/Ga_2O_3薄膜作为正装紫外LED的透明导电电极,分别研究了Ag金属层的厚度、ITO接触层的退火温度、ITO接触层的厚度、ITO/Ga_2O_3/Ag/Ga_2O_3薄膜整体的退火温度和Ga_2O_3层的厚度对薄膜光学性能和电学性能的影响。然后还研究了Ga_2O_3层的厚度对ITO/Ag/Ga_2O_3薄膜的光学性能和电学性能的影响。经过优化后,ITO/Ag/Ga_2O_3薄膜的方块电阻达2.82?/sq,而传统ITO薄膜的方块电阻为51.55?/sq。同时,与传统ITO相比,ITO/Ag/Ga_2O_3薄膜有更宽的光学带隙(4.68 eV),在365 nm处的透过率比ITO高,达到86.7%。此外,ITO/Ag/Ga_2O_3薄膜也展示出很好的欧姆接触特性,与p-GaN间的比接触电阻率为2.61×10~(-3)Ω·cm~2。最后,制备了基于ITO/Ag/Ga_2O_3薄膜的紫外LED芯片,与采用ITO作为透明电极的紫外LED芯片相比,在120 mA的注入电流下,工作电压低了0.34 V,输出光功率和电光转化效率分别提高了19.8%和29.4%。随后本论文制备了Ni/Ag薄膜作为倒装紫外LED的反射电极,研究了Ni/Ag薄膜的退火温度和退火时间对薄膜光学性能和电学性能的影响。经过优化后,Ni/Ag薄膜在365 nm处的反射率从未退火时的88.11%提升到退火后的89.95%。得益于退火后Ni/Ag薄膜反射率的提高,在120 mA的注入电流下,Ni/Ag薄膜经过退火后的紫外LED的输出光功率相较于Ni/Ag薄膜未退火时提高了20.7%。
【图文】：

外量子效率,紫外,发射波长

还在 n-GaN 上采用 Al 基反射电极，最终使得光提取效率提高了 55%。1.3 紫外 LED 电极薄膜存在的主要问题如图1-1所示，虽然发射波长接近400 nm时，紫外LED的外量子效率能够接近80%，但是随着发射波长的下降，外量子效率呈现下降的趋势，如发射波长为 365 nm 的紫外LED 的外量子效率仅有~40%，而发射波长低于 365 nm 的紫外 LED，外量子效率基本都低于 10%。造成紫外 LED 外量子效率仍然很低的原因主要有四个，第一个原因是紫外LED 外延片本身的内量子效率仍然很低[55-59]；第二个原因是 p 型电极与 p-GaN 间的接触电阻较大

原理图,方阻,四探针,测试仪

华南理工大学硕士毕业论文四探针方阻测试仪探针方阻测试仪，可以测试薄膜的方块电阻。本实验所用的四探uatek 公司的 QTI-5601TSR。为了准确反映薄膜的方块电阻，需要计的薄膜，，然后通过四探针方阻测试仪测试石英片上薄膜的方块采样测试 5 个点，然后取平均来得到方块电阻的值。方阻测试仪的组成包括四个探针、一个横流电源和数字面板仪表如图 2-1 所示。假设薄膜的厚度 t 远小于探针之间的距离 S。因此（2-2）所示：
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN312.8

【参考文献】