GaN基紫光LED ITO透明电极透光率优化的研究

摘要

LED(Light-Emitting Diode,LED)作为第四代照明光源,在越来越多的领域得到了快速发展,尤其在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度信息储存和保密通讯等领域展现出越来越高的应用价值。LED是利用固体半导体芯片作为其发光的基本材料。在半导体中,通过载流子不断发生多种复合反应放出过剩的能量,从而引起光子发射,进而产生可见光的发光器件。LED可以把电能转化为光能,但因为折射率差距较大,衬底、电极吸收了部分光等原因,LED的光提取效率不是很高,因而在生产时,提高光的提取效率有比较重要的意义。
　　本文以Ⅲ族氮化物材料的各种特性、GaN基LED、电极的制备工艺、ITO透明电极的制备及测试工艺作为理论基础进行相关研究。
　　本论文研究内容为以下三方面。
　　1.根据薄膜吸收原理、薄膜增透性原理以及薄膜方阻计算原理等作为理论基础,计算出理论中ITO透光率最高的薄膜厚度。进行加工后,选取周边厚度的薄膜进行对比实验。经过多次实验,绘制出透光率出光趋势曲线,找出最佳透光率对应的厚度。得出ITO薄膜最佳厚度为500(A),此时透光率提升大约5％。
　　2.根据ITO退火对材料的影响,进行快速退火处理。通过RTA快速退火,改善ITO膜层结晶质量及与氮化镓欧姆接触,提升透光率,降低接触电压。当退火温度为400℃,退火时间为60s,上升沿时间为20s,氮气流量为4.5L/min时,RTA效果最佳,此时光功率提升5％-10％。
　　3.通过湿法腐蚀形式将一定厚度的ITO膜层粗化,改善出光效率,提升芯片亮度。用65℃的浓硫酸溶液对2300(A)的薄膜进行湿法腐蚀6min30s后,效果最佳,亮度提升5％左右。

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摘要

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缩略语对照表

第一章 前言

1．1 引论

1．2 国际现状与发展趋势

1．3 论文研究内容

第二章 LED发光强度的表征参量

2．1 GaN材料的基本性质

2．1．1 GaN的结构

2．1．2 GaN的化学性质

2．2 GaN材料的光电特性

2．2．1 GaN的电学性质

2．2．2 GaN的光学性质

2．3 GaN基LED的基本原理

2．3．1 GaN基LED的发光原理

2．3．2 GaN基LED外延的制备

2．3．3 GaN基LED芯片的结构

2．3．4 GaN基LED芯片的制备

2．3．5 GaN基LED电极的制备

2．4 光提取效率的影响因素及提升方法

2．4．1 GaN基LED芯片透光率的影响因素

2．4．2 光提取效率的提升方法

2．5 本章小结

第三章 ITO薄膜制备原理及工艺

3．1．1 ITO薄膜的结构

3．1．2 ITO的导电原理

3．1．3 ITO的电学特性

3．1．4 ITO的光学特性

3．2 ITO透明电极的制备工艺

3．2．1 磁控溅射法

3．2．2 电子束热蒸发法

3．2．3 溶胶-凝胶法

3．2．4 化学气相沉积方法

3．2．5 真空蒸发镀膜法

3．2．6 喷射热分解法

3．3 ITO透明薄膜的测试方法

3．3．1 XRD

3．3．2 SEM

3．3．3 AFM

3．3．4 四探针

3．3．5 台阶仪

3．4 本章小结

第四章 ITO优化与LED发光强度的实验

4．1 LED管芯的制造

4．1．1 外延片的制备

4．1．2 管芯的制备

4．2 ITO厚度优化对LED发光强度的实验

4．2．1 ITO厚度优化实验原理

4．2．2 ITO减薄实验方案

4．2．3 ITO减薄实验结果及讨论

4．3 ITO快速退火对LED发光强度的实验

4．3．1 ITO快速退火技术实验原理

4．3．2 ITO快速退火技术实验方案

4．3．3 ITO快速退火结果及讨论

4．4 ITO粗化对LED发光强度的实验

4．4．1 ITO粗化技术实验原理

4．4．2 ITO粗化实验方案

4．4．3 ITO粗化结果及讨论

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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