论文部分内容阅读
GaN基垂直结构LED芯片相对传统结构LED芯片具有出光面积大,散热性能好,电流扩展均匀等优点,更加适用于大功率固态照明光源,是LED照明发展的一个重要方向。然而垂直结构LED芯片的制备工艺更加复杂,本文在完善垂直结构LED芯片制备工艺的同时,对垂直结构LED芯片的结构进行设计,对芯片出光面N极性的氮化镓层表面结构进行研究,对垂直结构LED芯片的表面n型电极结构进行优化,最终获得高效大功率的垂直结构LED芯片。针对光在空气/n-GaN界面处的菲涅尔反射、全反射引起光子损耗,从而限制垂直结构LED芯片出光效率的问题,利用N极性面Ga N出光面易被KOH溶液刻蚀而改变表面结构的特点,以KOH溶液为刻蚀液,分别对普通表面GaN基垂直结构LED芯片和具有表面周期性微结构的芯片进行N极性面GaN的表面结构优化研究。在刻蚀普通表面N极性面GaN的过程中,当刻蚀浓度为6mol/L,刻蚀温度为80℃,刻蚀时间为8min时,样品光输出功率与参考样品相比提升了175%@100mA;而在具有表面周期性微结构的N极性面GaN表面结构刻蚀优化过程中,采用刻蚀溶液的浓度为2mol/L,温度为95℃,刻蚀的时间为6min的条件获得了较优的刻蚀效果,此时样品光输出功率与参考样品相比高出23.08%@100mA。针对大电流注入下电流易在n电极下方集聚的问题,利用电流路径模型分析n型电极尺寸及间距等对垂直结构LED芯片电流分布均匀性的影响,依此设计出一种螺旋状环形结构电极。通过建立有限元分析软件COMSOL Multiphysics仿真模型模拟垂直结构LED芯片有源层的电流密度分布,发现螺旋状环形结构电极的环间距越小,电流密度分布越均匀。利用垂直结构LED芯片制备技术实现具有螺旋状环形电极的垂直结构LED芯片。实验结果显示,在350mA电流注入下,当电极环间距为146.25μm时的芯片具有最大的功能转换效率,达到26.8%。