【摘要】：在紫外半導(dǎo)體光源研究領(lǐng)域,紫外發(fā)光二極管(Ultraviolet Light-Emitting Diodes—UV LED)的發(fā)展是一個(gè)重要的課題。其影響及應(yīng)用非常廣泛:UV LED在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,紫外線與皮膚免疫系統(tǒng)的功能、電離DNA等有著千絲萬縷的聯(lián)系;UV LED在殺菌、水或空氣凈化有非常重要的應(yīng)用,紫外光對(duì)多種致病性微生物具有很高的滅活能力;另外UV LED的紫外光在高密度光記錄光源、熒光分析系統(tǒng)和相關(guān)信息傳感、紫外通訊系統(tǒng)等領(lǐng)域也有非常廣泛的應(yīng)用。目前研究表明基于AlGaN基的深紫外發(fā)光二極管(DUV LED)的光提取效率(Light Extraction Efficiency——LEE)是相當(dāng)?shù)偷�。基于AlGaN基的DUV LED具有獨(dú)特的光學(xué)偏振特性,尤其是A1組份不斷上升(波長變短),光的偏振從橫電(Transverse-Electric,TE)變?yōu)闄M磁(Transverse-Magnetic,TM)模式。AlGaN的折射率(n約為2.5)與空氣的折射率(n=1)相差巨大,TM偏振光主要沿橫向傳播,由于界面入射角較大,在不同材料界面處發(fā)生全反射作用導(dǎo)致LEE很低。在本研究中,我們使用了數(shù)值模擬方法對(duì)AlGaN基深紫外LED的LEE進(jìn)行了研究。本論文的主要工作內(nèi)容和成果如下:1)倒裝深紫外LED TM模的LEE很低,效率不足1%,要比TE模的LEE低十倍以上,這主要是由LED芯片結(jié)構(gòu)材料與空氣折射率存在巨大差異造成的。2)對(duì)提升深紫外LED LEE的方式做了系統(tǒng)的仿真,提升LEE方式包括圖形化藍(lán)寶石襯底(Patterned Sapphire Substrate——PSS)、刻蝕AlN和n-AlGaN、去除藍(lán)寶石和AlN、透鏡封裝。其中對(duì)同一個(gè)LED進(jìn)行去除藍(lán)寶石和AlN,在n-AlGaN表面刻蝕(刻蝕形狀為四棱錐)、并加以透鏡封裝的LED LEE最高,TM模的LEE高達(dá)47.9%,TE模的LEE高達(dá)83.9%。另外對(duì)同一個(gè)LED進(jìn)行PSS(刻蝕形狀為四棱錐)、氮化鋁刻蝕(圖形化形狀為四棱錐)并加以透鏡封裝得到的兩種模式LEE同樣很高,TM模的LEE高達(dá)43.1%,TE模的LEE高達(dá)54.7%。3)通過改變DUV LED藍(lán)寶石和氮化鋁兩層刻蝕的形狀進(jìn)而提升LED的LEE。仿真圖形的形狀包括三棱柱、四棱錐、六棱錐、圓錐、圓柱、半球、圓柱和圓錐組合體、圓柱和半球組合體。其中三棱柱、四棱錐和六棱錐都是可以達(dá)到覆蓋率100%的效果,并且對(duì)LEE的提升呈現(xiàn)遞增趨勢。六棱錐的刻蝕形狀對(duì)UV-LED的LEE效果最顯著,在p-GaN厚度為零時(shí),TM模的光提取效率高達(dá)53.1%,TE模的光提取效率同樣較高達(dá)到70.4%。而其他幾種底面圖形為圓形的形狀無法實(shí)現(xiàn)100%覆蓋材料界面,覆蓋率會(huì)對(duì)光提取效率造成一定的影響。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN312.8
【圖文】：

主要是ＵＶＡ波段紫外光會(huì)到達(dá)地球表面，ＵＶＢ波段的紫外光則會(huì)導(dǎo)致曬傷，至逡逑于ＵＶＣ深紫外的光波幾乎很難到達(dá)地球表面。尤其對(duì)于２４０－２８０ｎｍ邋（￣４．７５ｅｖ）逡逑波段光幾乎被大氣層吸收殆盡。如圖１．１ａ為電磁波譜圖，圖１．１ｂ顯示了紫外線逡逑對(duì)大氣的穿透情況。逡逑頻率長（ｍ）逡逑Ａ邋ＰＨｌｉｏ－＇２逡逑＾邋ｒ邋ｉ邋ｎ邋邐逡逑１邋２00ｎｍ邐．．．．．邐－逡逑１。ＨＩ，，邋■邐：，邋；邋Ｉ＇逡逑ｉ７邋＾邋ｕｖｃ邐■逡逑邐邐１0’邋■邐°３邋Ｉ邋°３邋0３＾Ｐ邋°３邐°３邋°３逡逑ｆ—邋ＨＩ邋Ｉ邋■－逡逑３邋２＿邐Ｉ邋0２邋Ｉ邋0２邋0２逡逑；：３２０邋ｎｍ邐２邐｜逡逑邐邐１０邋ＵＶＡ邋２逡逑＿＿＿＿＿邐３４０邋ｎｍ邐■邋０２邐0２逡逑１０｜ｇｇ邋ｉ0２邋ｕＶＡ１邐0２邋■邐0２邐0２逡逑ｉｆｌＨＩＢｌｉＰ邐４００邋ｎｍ逡逑ｉ0邐（ｂ）逡逑圖１．１全波段電磁波譜：（ａ）各波段光的分類；（ｂ）三種不同紫外光對(duì)大氣的穿透逡逑１逡逑

異質(zhì)結(jié)構(gòu)和器件等方面取得了長足的進(jìn)步［１０］。自上個(gè)世紀(jì)８０年代以來，越來越逡逑多的研宄人員把精力放在了禁帶寬度更大的半導(dǎo)體上面，研宄范圍擴(kuò)大到了六方逡逑晶系和斜方晶系。圖１．２顯示了熱門材料帶隙和鍵長的關(guān)系圖［１１】。逡逑４逡逑

幾種常見半導(dǎo)體參數(shù)如表１．２所示。其中研宄最多的是ＩＩＩ－Ｖ族氮化物一一逡逑ＧａＮ。通常ＧａＮ會(huì)以纖鋅礦的形式存在，另外還有閃鋅礦等結(jié)構(gòu)。ＧａＮ最典型的逡逑纖鋅礦結(jié)構(gòu)如圖１．３所示逡逑Ｇａ３＋邋Ｎ３－逡逑圖１．３纖鋅礦結(jié)構(gòu)ＧａＮ的晶體結(jié)構(gòu)逡逑６逡逑

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本文編號(hào)：2755098