GaN基LED表面精化結(jié)構(gòu)制備技術(shù)研究.pdf

1、近年來，氮化鎵基發(fā)光二極管發(fā)展迅猛，但其低的外量子效率嚴(yán)重制約了發(fā)光二極管在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域的廣泛發(fā)展，本文主要研究了如何提高發(fā)光二極管的外量子效率。通過對(duì)氮化鎵基發(fā)光二極管的表面進(jìn)行粗化，將那些滿足全反射定律的光改變方向，使之在另一表面或者反射回原表面時(shí)不會(huì)被全反射而透過界面，從而提高了其出光效率。
　　 LED作為一種光源，衡量它的一個(gè)重要指標(biāo)就是光電的轉(zhuǎn)換效率，它是LED內(nèi)量子效率與其提取效率的乘積。內(nèi)量子效率與LED本身的

2、特性諸如材料的能帶、結(jié)構(gòu)、缺陷、雜質(zhì)及壘晶組成等有關(guān)，而提取效率是指LED內(nèi)部產(chǎn)生的光子，經(jīng)過元件本身的吸收、反射、折射后，在元件外部可以測(cè)量到的光子數(shù)目，主要與元件材料本身的吸收、元件的幾何結(jié)構(gòu)、元件與封裝材料折射率的差及元件結(jié)構(gòu)的散射特性等有關(guān)。
　　 通常情況下，表面結(jié)構(gòu)的形狀及研究大致分兩個(gè)方面：一是光子晶體，二是表面粗化。由于這些形狀都是三維的圖形，研究三維圖形的出光性能比較困難，所以我們簡(jiǎn)化之為研究二維圖形，研究三維

3、圖形的最大面的豎切面。本實(shí)驗(yàn)制作的表面結(jié)構(gòu)是圓柱體的結(jié)構(gòu)，其最大面的豎切面為矩形，所以本文理論部分主要針對(duì)矩形的理論模型進(jìn)行建模及優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)部分通過制作圓柱體的光子晶體得到粗化的表面，并驗(yàn)證理論結(jié)果。
　　 本文理論上對(duì)表面結(jié)構(gòu)為圓柱體、簡(jiǎn)化模型為矩形的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，根據(jù)全反射定律及簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)物理建模，并采用模型的出光評(píng)估因子來衡量器件的出光情況，通過計(jì)算模型出光評(píng)估因子的大小來體現(xiàn)器件的出光好壞。論文對(duì)模型的尺寸

4、進(jìn)行了兩輪優(yōu)化，通過模擬優(yōu)化，得到出光評(píng)估因子比較大，器件的出光比較好的模型尺寸。實(shí)驗(yàn)上在氮化鎵基發(fā)光二極管的氧化銦錫層和二氧化硅層上實(shí)現(xiàn)表面粗化從而提高發(fā)光二極管的出光效率。通過濕法腐蝕的方法在氧化銦錫層和二氧化硅層上制作光子晶體得到粗化的表面，總體上提高了氮化鎵基發(fā)光二極管的出光效率。另外還在表面粗化了的二氧化硅層上制作微透鏡，進(jìn)一步提高了發(fā)光二極管的出光效率。實(shí)驗(yàn)對(duì)表面結(jié)構(gòu)不同的芯片進(jìn)行了終測(cè)，并對(duì)其做了分析對(duì)比，得出了芯片亮度提