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GaN基发光二极管(Light Emitting Diode,LED)作为新一代固体光源,因其能耗低、寿命长、环保等优点已得到广泛应用。但LED的应用仍面临一些亟待解决的问题,如芯片电流传输拥挤、外量子效率偏低、发热集中等等。通过透明导电层(TCL)可促进电流扩散和均匀发光。但当LED往短波长发展时,常用的可见光波段透明的氧化铟锡(ITO)材料已不满足紫外或深紫外波透明的要求,急需开发新的透明电极材料。石墨烯(Gr)可望作为透明电极应用于紫外或深紫外GaN基LED,但Gr和p-GaN之间的功函数相差大,Gr直接生长在p-GaN层上时,将导致较高的肖特基势垒和较大的接触电阻,影响LED的性能,因此,需要在Gr与p-GaN之间插入导电性好、功函数匹配的金属或金属氧化物等作为透明导电中间层,形成基于Gr的复合透明电极。因此,有必要研究Gr复合透明电极对LED性能影响,以获得最佳的组合种类与厚度匹配,优化复合结构。由于制造LED芯片原型样品昂贵、耗时长,相较于对原型样品重新设计、不断测试更新这样的设计方式,采用软件仿真模拟能够做到更加迅速,更加经济。本文使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件,根据芯片电流扩散理论,通过有限元求解方法,分别对采用石墨烯/氧化锌(Gr/ZnO)、石墨烯/氧化铟锡(Gr/ITO)、石墨烯/掺氟氧化锡(Gr/FTO)三类复合透明电极的LED热学、电学性能进行了仿真计算。同时,合成了黄色荧光性能的石墨烯量子点(GQD),开展了将其代替传统黄色荧光粉封装蓝光LED获得白光的初步尝试。得到的主要结论如下:(1)首先探索了三种不同元素掺杂的氧化锌(ZnO)薄膜(Al-,Ga-或In掺杂ZnO(AZO,GZO,IZO))作为石墨烯(Gr)和p-GaN的中间层引入,对GaN-LED光学和热学特性的影响。发现随着Gr和ZnO厚度的增加,TCL的透射率和LED芯片的表面温度均降低。为了使Gr/ZnO杂化物TCL的透射率高于80%,Gr/ZnO复合电极的适当组合应为:一层Gr+ZnO不厚于400nm(1L Gr/400-nm ZnO),或2L Gr/300-nm ZnO,或3L Gr/200-nm ZnO或4L-Gr/100-nm ZnO。通过比较不同石墨烯/氧化锌组成的复合TCL的LED的性能,发现:1L Gr/300-nm GZO的LED的热学性能最佳,芯片表面最高温度将比不掺入ZnO膜的纯Gr透明TCL的LED的温度下降约7K。(2)其次,探究了Gr与掺氟氧化锡(FTO)、Gr与ITO两种复合透明电极-LED的光学和热学特性。研究发现2层石墨烯发分别与300nmFTO,300nm ITO组合表现为最佳复合透明电极,两种复合电极与仅石墨烯电极相比较,LED芯片的最高温度下降了约10 K。对比分析了Gr/ZnO、Gr/FTO、Gr/ITO三类复合透明电极的性能,发现,Gr/ITO的性能最好。(3)通过化学氧化法成功制备了具有黄色荧光性能的GQD。无需任何表面处理,将GQD与紫外胶混合均匀,封装在蓝色LED芯片上,获得了白光。随着GQD浓度的增大,黄光波峰的墙布增大,颜色坐标逐渐增大;当GQD荧光粉浓度为0.15mg/mL时,获得的白光LED的性能最优。