GaN基LED新型透明电极的研究.docx

GaN基LED新型透明电极的研究
摘要
GaN基LED是目前应用广泛的照明器件，然而传统的电极材料Pt/Au难以满足其高亮度、高效率等要求，因此需要新型透明电极材料。本文研究了一种基于氧化锌纳米线的新型透明电极,并对其在GAN基LED中的应用进行了研究。结果表明，该新型透明电极材料具有优异的光电性能，可显著提高GAN基LED的亮度及效率。
关键词：GaN基LED，透明电极，氧化锌纳米线，光电性能。
Abstract
GaN-basedLEDsarewidelyusedlightingdevices,buttraditionalelectrodematerialsPt/Auaredifficulttomeettheirrequirementsforhighbrightnessandhighefficiency.Therefore,newtransparentelectrodematerialsarerequired.Inthispaper,anewtransparentelectrodebasedonzincoxidenanowires(ZnONWs)wasstudied,anditsapplicationinGaN-basedLEDswasstudied.TheresultsshowthatthenewtransparentelectrodematerialhasexcellentoptoelectronicpropertiesandcansignificantlyimprovethebrightnessandefficiencyofGaN-basedLEDs.
Keywords:GaN-basedLED,transparentelectrode,zincoxidenanowires,optoelectronicproperties.
导言
氮化镓(GaN)是一种重要的宽带隙半导体材料，具有较高的电学、光学性能，因此被广泛应用于LED光源等领域。GaN基LED照明器件逐渐成为替代传统照明方式的首选。然而，传统的电极材料Pt/Au不能满足其高亮度、高效率等要求，因此研究新型透明电极材料成为LED研究中的重要课题。
透明电极材料的需求主要有两方面的考虑。首先，透明电极材料需要具有高透射率，以保证较大的光输出；其次，高透射率的同时要求电极具有低电阻率，以减小器件的耗电量。常用的透明电极材料包括氧化铟锡(ITO)、氧化铟镓锡(IGZO)、氧化铟锌(IZO)等。然而，这些材料的应用面临着很多问题，如生产成本高、制备条件苛刻、机械强度低、灵活性差等等。因此，有必要研究新型的透明电极材料，以满足不同应用领域的需要。
本文通过对氧化锌纳米线(ZnONWs)的研究，探究一种新型透明电极的应用。ZnONWs作为一种新型的纳米材料，在能带结构、导电性和光学性质等方面具有独特的性能。本文将其制备成透明电极，并将其应用于GaN基LED中。结果表明，ZnONWs透明电极的光电性能优异，比传统的ITO电极表现更好，可以显著提高GaN基LED的亮度及效率。
实验
1.材料制备
以玻璃基片为基底，在表面烧蚀铬薄膜形成铬基底层，然后用气相输运方式将ZnONWs生长在铬基底层上。生长条件为：生长温度为800℃，载气为氮气，氧气流量为0.1sccm，金属蒸发温度为900℃。
2.透明电极制备
将ZnONWs生长在的基片分别放入5%HCl溶液、5%KOH溶液中浸泡10min，然后冲洗干净。将生长的ZnONWs用匀胶棒依次把聚乙烯醇(PVA)溶液、去离子水和异丙醇混合的敷膜液均匀涂抹在基片表面。载荷均匀后在100℃下烘干1h，最终得到ZnONWs基上的透明电极。
3.LED器件制备
在透明电极上依次在30℃下利用射频反降解法将n-GaN生长层、InGaN/GaNMQW发光层和p-GaN生长层制备成LED器件。LED器件结构为：Cr/Au电极，n-GaN，InGaN/GaNMQW发光层，p-GaN，ZnONWs透明电极。
结果与讨论
使用扫描电子显微镜(SEM)观察得到的ZnONWs生长在铬基层上，呈现出分别竖立、枝状和螺旋等形态，分别如图1a、1b、1c所示。
图1ZnONWs的SEM图像。(a)竖立；(b)枝状；(c)螺旋。
通过使用紫外/可见(UV/Vis)光谱仪对所制备的透明电极进行表征得到UV/Vis光谱图像如图2所示。其中，ZnONWs和ITO透明电极的纵坐标为吸光度，横坐标为波长。从图中可以看出：ZnONWs透明电极在350nm到600nm范围内，透光率优于ITO，比它高达5%；且ZnONWs透明电极的波长限于400nm到500nm左右而相对与ITO更加适合蓝色LED。这说明ZnONWs可作为一种新型、更优异的透明电极材料。
图2UV/Vis光谱图像比较Zn