石墨烯-Ni/Au复合透明导电层在GaN LED上的应用研究

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在许多光电器件中,透明导电层是一个不可或缺的部分,氧化铟锡(ITO)作为传统的透明导电层材料在许多光电器件中有着广泛的应用,但是ITO这一材料目前存在价格比较昂贵、化学稳定性比较差、在紫外光波段的穿透率非常低的问题。石墨烯自从2004年被发现以来,受到了高度重视。单层石墨烯拥有很高的透光性(大约为97.7%)、高电子迁移率(在室温下可以达到大约21000cm2/v·s)等特性,被认为适合作为下一代的透明导电层材料。石墨烯相对于ITO有诸多优点:包括成本低,化学稳定性很好、在全波段内都有很高的透光率。石墨烯作为透明导电层已应用于GaN LED,可以得到发光均匀的LED器件。但是由于石墨烯的功函数(4.5ev)和p-GaN的功函数(7.5ev)存在着巨大差异,致使二者之间难以形成良好的接触,接触电阻很大,LED的工作电压很高,发热严重。  本论文通过对一定厚度基础下Ni/Au层不同配比对透光率和欧姆接触影响的研究,以及对于GaN基蓝光LED各项工艺的研究,最终经过实验获得了Ni/Au优化配比,大大提高了Ni/Au插入层的透光率,并且有效地降低了石墨烯与P型GaN的接触电阻,降低了LED的工作电压。其主要内容包括:  (1)研究了转移石墨烯的工艺流程,讨论了转移过程中存在的问题以及相对应的改进措施,最终成功得在目标衬底上转移了石墨烯薄膜。  (2)研究了在一定厚度基础下的Ni/Au插入层不同配比对于透光率的影响,通过实验最后确定在1.5纳米情况下五种样品中,Ni/Au(1nm/0.5nm)具有最好的透光率,其在蓝光波段460纳米范围的透光率可以达到89%左右,同时此配比厚度对应的石墨烯-Ni/Au复合透明导电层的透光率在蓝光460nm波长时也可以达到86%左右  (3)将石墨烯-Ni/Au透明导电层应用于GaN LED,并设计了四种LED结构及其制备工艺流程,并最终成功制备出了石墨烯-Ni/Au-GaN结构的LED。  (4)通过对本论文设计的四种LED结构进行电流扩展效果和I-V特性的测试,结果表明石墨烯薄膜具有很好的电流扩展效果,并且石墨烯-Ni/Au(1 nm/0.5nm)-GaN这种结构的LED有较低的工作电压,其在20毫安下的工作电压为4.0V左右。
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