运用LED表面粗化技术提高其光提取效率的研究

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在世界能源普遍缺乏和绿色环保观念日益提升的今天,发光二极管(LED)成为最受关注的光源之一。LED是目前使用最广泛的半导体发光器件,在交通灯、全色显示、数码产品指示灯、液晶显示和日常照明中都发挥着重要的作用。对于目前的LED,其外量子效率与内量子效率相比,还存在明显的差距。这是由于存在晶格缺陷对光的吸收,衬底对光的吸收以及光在出射过程中反射、全内反射造成的损失等多方面的原因,导致LED的光提取效率非常低的缘故。因此许多研究将着眼于外量子效率的提高。大量研究表明,尺度与发光波长接近的表面微结构可以减少有源区发出的光在材料-空气界面处发生的反射和全内反射,是提高LED出光效率的一种有效途径。在LED表面制作微结构的方法主要是湿法腐蚀和干法刻蚀。  本课题的研究以解决半导体发光二极管出光面的光反射问题为主要内容,并将内容划分为两个部分。第一部分为为了解决出光面的全反射问题,对于GaN基LED采用湿法腐蚀的方法来实现光的散射,减少全反射几率,提高其出光率;第二部分为对于AlGaInP红光LED采用干法刻蚀的方法对LED表面进行粗化,以达到提高其出光率的目的。具体研究内容如下:  第一部分:  1.分别配制了两种不同的腐蚀液:腐蚀液Ⅰ为盐酸、三氯化铁和去离子水的混合液;腐蚀液Ⅱ为硫酸,一种表面活性剂和去离子水的混合液。  2.用上述两种腐蚀液在各自适当的条件下,对于ITO透明导电层进行粗化,制作出ITO表面粗化的GaN基LED芯片。并研究两种不同的腐蚀液对于提高GaN基LED出光率的效果。  3.通过LED综合检测仪,测量了ITO表面粗化的LED的光电性质。结果显示,腐蚀液Ⅱ的效果优于腐蚀液Ⅰ的效果,经腐蚀液Ⅱ粗化的LED芯片其发光强度比普通的提高了24.7%,且经ITO表面粗化的LED显示出良好的光电性质。  4.使用扫描电子显微镜测试了在腐蚀液Ⅱ不同作用时间下ITO表面的粗化形貌。结果显示,其作用后的ITO表面粗糙度随着腐蚀时间的增加而增加。因此通过进一步合理的控制腐蚀液n的腐蚀时间可以得到更好光电性能的LED芯片。  5.结果表明,ITO表面粗化可以减少LED内部全反射的几率。该表面粗化技术是一种简洁、低成本并能提高LED光提取效率的方法。  第二部分:  1.甩激光干涉的方法在AlGaInP红光LED表面所涂布的光刻胶上做出微点阵图形。  2.以光刻胶作为掩膜,用离子束刻蚀的方法将图形转移到LED表面的GaP层上。  3.使用扫描电子显微镜测试不同刻蚀时间下GaP表面的粗化形貌,结果显示表面粗糙度随着刻蚀时间而增加,进一步通过合理的刻蚀时间控制可以得到较好光电性能LED芯片。  4.通过LED综合检测仪,测试GaP表面粗化的LED的光电性质,结果显示经表面粗化的LED,其光电性质并没有得到较好的优化。最后对该结果进行一定的分析。
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