【摘 要】
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AlGaN基深紫外发光二极管（DUV LED）在环保、医疗、催化剂等领域有着广泛的应用。当前,蓝宝石衬底上的AlGaN基DUV LED的外量子效率（EQE）仍然受限于较低的光提取效率（LEE）和较差的晶体质量。造成光提取效率低的原因是存在大量的横向磁场的（TM）偏振光、采用高吸收率的p-GaN欧姆接触层以及由AlGaN和空气间较大的折射率差造成的全内反射（TIR）和菲涅尔损耗。当前改善LEE的方法
【基金项目】
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国家自然科学基金青年项目（项目号:61975051,62074050）
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AlGaN基深紫外发光二极管（DUV LED）在环保、医疗、催化剂等领域有着广泛的应用。当前,蓝宝石衬底上的AlGaN基DUV LED的外量子效率（EQE）仍然受限于较低的光提取效率（LEE）和较差的晶体质量。造成光提取效率低的原因是存在大量的横向磁场的（TM）偏振光、采用高吸收率的p-GaN欧姆接触层以及由AlGaN和空气间较大的折射率差造成的全内反射（TIR）和菲涅尔损耗。当前改善LEE的方法有倾斜/粗化侧壁、网格状p型接触电极,光子晶体结构和纳米级图形化蓝宝石衬底（NPSS）。本文主要通过设计DUV LED中反射镜结构来提高器件的LEE。其中:对光子晶体反射镜结构、倾斜侧壁结构及网格化p-GaN结构进行了分析研究,并取得一系列的研究成果。具体的研究工作内容如下:1.系统研究空气洞光子晶体反射镜结构对DUV LED光提取效率的影响。重点研究金属铝的填充深度对DUV LED的光提取效率的影响。对于垂直入射光的反射率来说,光子晶体结构的周期会影响光子晶体和光的共振模式,而填充率会影响共振模式的效率。当向光子晶体中填充金属铝时,横向电场的（TE）偏振光和TM偏振光的光提取效率都随着金属铝的填充深度的增加而先增加后减少。这主要是由于光子晶体和填充金属的共同散射作用、p-GaN的吸收和金属的吸收之间相互限制。2.对倾斜侧壁型倒装DUV LED的反射镜结构进行分析研究。实验及仿真证实传统的倾斜侧壁上的金属反射镜并不是改善倾斜侧壁型倒装的DUV LED的LEE的最优选择,反而从倾斜侧壁上移除金属反射镜时DUV LED的LEE能更好的提高。此外,LEE还可以通过将远程反射器和空腔集成到倒装DUV LED的倾斜侧壁中来进一步增强。这种基于远程金属反射镜的空腔提取器抑制了侧壁金属反射镜的吸收,而且这种远程金属反射镜可以进一步增加光的逸出通道。3.对具有NPSS的倒装DUV LED的光提取效率的影响进行深入的研究。通常情况下采用NPSS结构能有效改善GaN基蓝光的光提取效率,但研究发现对于具有厚p-GaN层的DUV LED来说,NPSS结构可以提高TM偏振光的LEE,但是减小了TE偏振光的LEE。这是由于NPSS能使TM偏振光中入射角度较大的部分会散射到逃逸锥中,却使更多的TE偏振光被p-GaN层吸收。之后提出网格化的p-GaN结构来减少光吸收,增加其散射效应。研究发现填充率越低的网格状p-GaN与NPSS组合的散射能力越强,对TE偏振光和TM偏振光的光提取效率的改善效果越好。
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