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发光二极管(LED)固体照明因其节能环保的优势而逐渐替代传统光源,在全球激起一场照明革命。GaN基LED不仅广泛应用于户外显示屏、液晶显示器背光源、城市景观和交通信号灯等领域,还是白光LED的核心组成部分,因此研究GaN基LED器件具有重要的现实意义。因GaN与外界的高折射率差而导致的低光取出效率是限制GaN基LED发光效率的重要障碍之一,一直以来倍受关注。本论文通过在GaN基LED器件上制备微米和纳米结构以提高LED的光取出效率,从理论和实验上对微米/纳米结构的形成及其对LED光取出效率的影响进行了研究分析,主要获得了以下研究成果。(1)提出通过在GaN基LED的ITO透明电极表面生长ZnO纳米棒阵列以提高LED光取出效率的方法。在实验前建立了相应的GaN基LED的三维数值模型,利用蒙特卡罗光迹追踪法对ZnO纳米棒阵列的取光效果进行了仿真评估,相对于无ZnO纳米棒阵列的LED,获得了69.4%光输出功率的增加,验证了ZnO纳米棒阵列对LED光取出效率的增强作用。(2)研究分析了水热法生长ZnO纳米棒阵列工艺中种子层、反应溶液pH值和衬底表面对ZnO纳米棒阵列形貌、覆盖率和光学特性的影响。利用醋酸锌溶液作为反应溶液,在85℃或90℃的恒温水浴加热条件下,在GaN基LED的ITO电极表面生长ZnO纳米棒阵列,获得60.6%的光功率输出增加。同时,通过在图形ITO电极上生长ZnO纳米棒阵列,从实验和理论上分析讨论了ZnO纳米棒形貌和排列对其取光效果的影响。(3)提出通过直接在GaN基LED背面蓝宝石衬底上制备三维反射镜以改进LED的光取出效率的方法。建立了GaN基LED和微结构阵列三维反射镜的三维数值模型,利用蒙特卡罗光迹追踪法对该三维背反射镜增强GaN基LED光取出效率的效果进行分析评估,相对于平面背反射镜LED,获得了29.6%的光输出增加,证明了该三维反射镜可以增强GaN基LED的光取出效率。(4)分析讨论了湿法腐蚀蓝宝石以制备蓝宝石微结构的工艺和原理,并在此基础上在GaN基LED背面蓝宝石衬底表面制备三维背反射镜。利用正三角周期的SiO2图形掩模,依据蓝宝石在H3PO4:H2SO4=1:3高温腐蚀液中的腐蚀速率的各向异性,在GaN基LED背面蓝宝石衬底表面获得了排列整齐的蓝宝石微结构阵列。相对于平面背反射镜GaN基LED,三维背反射镜GaN基LED光通量提高11%。