發(fā)光二極管芯片高效率結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化.pdf

1、自誕生以來，發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）作為一種新型的發(fā)光體就倍受關(guān)注。特別是進入21世紀(jì)以后，全球面臨嚴(yán)重的能源、環(huán)境危機，而照明就消耗了大量的電力資源。因此，有必要改進現(xiàn)有的照明設(shè)備，提高其效率，減少能源消耗。半導(dǎo)體照明作為一種新興的照明技術(shù)，其經(jīng)濟和社會意義巨大。LED的高效化、超高亮度化、全色化不斷發(fā)展創(chuàng)新，如今LED不僅在儀器指示，交通信號，在照明領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。使用白色超高亮度LED

2、發(fā)光元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電燈泡，使用壽命超過10萬小時。但是，目前相對低的流明輸出和額外的驅(qū)動電路導(dǎo)致LED的初期成本相對于傳統(tǒng)的照明設(shè)備較高。周圍環(huán)境溫度的對LED照明設(shè)備的影響較大，散熱問題也急需解決，特別是在交通，醫(yī)學(xué)，軍事對可靠性要求較高的應(yīng)用場合。如果散熱不佳會大幅縮短LED壽命，甚至導(dǎo)致其失效。
　　 本課題的工作在國家自然科技基金項目、北京市工業(yè)發(fā)展資金項目的支持下進行，主要目的是通過表面粗化提高LED的出光效率。首先，

3、本文介紹了目前國內(nèi)外在LED芯片高效率器件結(jié)構(gòu)方面的研究進展，分析了表面粗化、芯片鍵合等方法對LED芯片性能的影響；其次，介紹了表面粗化的幾種制作方法，即濕法、干法刻蝕技術(shù)和外延生長技術(shù)，以及采用蒙特卡洛光線追跡數(shù)值模擬方法，模擬表面粗化對LED芯片的光提取效率的影響。實驗中分別采用濕、干法刻蝕技術(shù)，在LED表面制作出微納米結(jié)構(gòu)，提高了LED的出光效率；同時解決表面粗化給LED芯片電學(xué)性能帶來的不利影響，對現(xiàn)有的工藝流程進行了優(yōu)化，提升

4、現(xiàn)有的AlGaInP基LED芯片性能。主要的研究內(nèi)容如下：
　　 1、詳細(xì)闡述了AlGaInP發(fā)光二極管的工作原理，介紹了目前幾種能有效提高AlGaInP發(fā)光二極管光提取效率的手段，并且分析了各自的優(yōu)劣勢；其次，介紹了幾種LED芯片中的提高光提取效率的結(jié)構(gòu)，表面粗化，漫反射鏡，光子晶體，其中表面粗化的方法由于制作成本低，不需要改進現(xiàn)有的設(shè)備和芯片制作流程，是一種適宜大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的方法。
　　 2、為LED芯片建立理論

5、模型，采用蒙特卡羅光線追跡模擬方法對不同的表面結(jié)構(gòu)的LED芯片進行數(shù)值模擬，計算粗化后的LED芯片出光效率。通過計算模擬優(yōu)化不同的表面結(jié)構(gòu)參數(shù)，從模擬結(jié)果我們可以看出表面粗化可以有效的提高LED芯片的光提取效率，同時又不需要對現(xiàn)有的工藝流程做很大的改動。
　　 3、實驗中，采用磷酸、鹽酸混合溶液腐蝕n-AlGaInP表面制作具有納米級的出光表面，不斷改進濕法腐蝕溶液的配比，優(yōu)化粗化的時間，提高了LED的光提取效率，通過電子掃描顯