基于氧化镓透明电极的AlGaN基紫外LED芯片制备

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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(Ga2O3)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/Ga2O3/Ag/Ga2O3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/Ga2O3/Ag/Ga2O3薄膜整体的退火温度和Ga2O3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Ga2O3层的厚度对ITO/Ag/Ga2O3薄膜的光学性能和电学性能的影响。经过优化后,ITO/Ag/Ga2O3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/Ga2O3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/Ga2O3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2.61×10-3Ω·cm2。最后,制备了基于ITO/Ag/Ga2O3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%。
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