分布式布拉格反射与小面积金属接触复合电极结构AlGaN基深紫外LED器件的设计与制备

来源 :厦门大学 厦门大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wj34271996
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由于AlGaN、AlN材料相对较高的电阻率造成深紫外发光二极管(DUV LEDs)的电流拥堵问题更为严重,通常用于改善可见光LEDs电流分布的办法并不一定适用于DUV LEDs器件。与此同时,较高的焦耳热和低内量子效率造成的非辐射热,也导致DUV LEDs的自热效应更加明显。再加之p-GaN和p-AlGaN对紫外波段光的严重吸收,以及高Al组分AlGaN材料光学各向异性显著,严重影响了DUV LEDs的出光效率。因此,在制备DUV LEDs时,需针对AlGaN材料的特殊性,对传统的器件结构加以改进。为此,本论文结合计算与实验,设计并制备了一种分布式布拉格反射与小面积金属接触复合电极结构的倒装DUV LED器件,以期能改善DUV LED器件的性能。具体研究内容如下:  首先通过传输矩阵的方法、光子追踪法以及基于多物理场分析的APSYS软件对DBR反射率、DUV LED器件的I-V特性、量子阱区电流分布情况及光提取效率进行模拟分析。结果表明,介质DBR+Al的复合反射镜能更有效的反射紫外波段光,这将有利于提高DUV LED的出光效率。而小面积金属接触电极(阵列电极)可使电流较为均匀地注入到量子阱区中。由此,我们设计了一种分布式布拉格反射与小面积金属接触复合电极结构,并将其应用于DUV LED器件中。通过器件仿真模拟发现,相比于传统的倒装器件结构,我们所设计的复合电极结构器件具有良好的电流扩展性能和较高的光抽取效率;而由于引入了导热性较差的DBR介质层,其器件温度随电流增大的幅度高于传统结构。最终在电流分布、自热效应及出光增强这三种物理场之间的相互作用下,10um、20 um和30 um间距的复合电极结构器件的整体光输出功率高于传统结构的,而40um间距的则略低于传统结构。当注入电流为60mA时,10um、20um和30um间距器件的光功率分别比传统结构的提高了24.5%、30.5%和18.9%。进而,基于理论设计,我们采用金属有机物气相外延方法生长了发光波长为277nm的深紫外LED外延结构材料。利用厦门大学现有的实验设备和条件,制备出电极大小和间距分别为10um、20um、30um和40um的分布式布拉格反射与小面积金属接触复合电极结构DUV LED器件,并对其进行了表征与分析。测试结果表明,四种结构器件I-V特性大致相同,10 mA-60 mA电流测试下EL发光峰均比较稳定,约为277nm。在不同注入电流下20 um直径大小p电极结构器件光强要优于其他三种结构,和模拟结论相一致。
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