微-納米結(jié)構(gòu)增強(qiáng)GaN基LED器件光取出效率的研究.pdf

1、發(fā)光二極管（LED）固體照明因其節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)而逐漸替代傳統(tǒng)光源，在全球激起一場(chǎng)照明革命。GaN基LED不僅廣泛應(yīng)用于戶外顯示屏、液晶顯示器背光源、城市景觀和交通信號(hào)燈等領(lǐng)域，還是白光LED的核心組成部分，因此研究GaN基LED器件具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。因GaN與外界的高折射率差而導(dǎo)致的低光取出效率是限制GaN基LED發(fā)光效率的重要障礙之一，一直以來倍受關(guān)注。
　　 本論文通過在GaN基LED器件上制備微米和納米結(jié)構(gòu)以提高LED的

2、光取出效率，從理論和實(shí)驗(yàn)上對(duì)微米/納米結(jié)構(gòu)的形成及其對(duì)LED光取出效率的影響進(jìn)行了研究分析，主要獲得了以下研究成果。
　　 （1）提出通過在GaN基LED的ITO透明電極表面生長(zhǎng)ZnO納米棒陣列以提高LED光取出效率的方法。在實(shí)驗(yàn)前建立了相應(yīng)的GaN基LED的三維數(shù)值模型，利用蒙特卡羅光跡追蹤法對(duì)ZnO納米棒陣列的取光效果進(jìn)行了仿真評(píng)估，相對(duì)于無ZnO納米棒陣列的LED，獲得了69.4％光輸出功率的增加，驗(yàn)證了ZnO納米棒陣列對(duì)

3、LED光取出效率的增強(qiáng)作用。
　　 （2）研究分析了水熱法生長(zhǎng)ZnO納米棒陣列工藝中種子層、反應(yīng)溶液pH值和襯底表面對(duì)ZnO納米棒陣列形貌、覆蓋率和光學(xué)特性的影響。利用醋酸鋅溶液作為反應(yīng)溶液，在85oC或90oC的恒溫水浴加熱條件下，在GaN基LED的ITO電極表面生長(zhǎng)ZnO納米棒陣列，獲得60.6％的光功率輸出增加。同時(shí)，通過在圖形ITO電極上生長(zhǎng)ZnO納米棒陣列，從實(shí)驗(yàn)和理論上分析討論了ZnO納米棒形貌和排列對(duì)其取光效果的影

4、響。
　　 （3）提出通過直接在GaN基LED背面藍(lán)寶石襯底上制備三維反射鏡以改進(jìn)LED的光取出效率的方法。建立了GaN基LED和微結(jié)構(gòu)陣列三維反射鏡的三維數(shù)值模型，利用蒙特卡羅光跡追蹤法對(duì)該三維背反射鏡增強(qiáng)GaN基LED光取出效率的效果進(jìn)行分析評(píng)估，相對(duì)于平面背反射鏡LED，獲得了29.6％的光輸出增加，證明了該三維反射鏡可以增強(qiáng)GaN基LED的光取出效率。
　　 （4）分析討論了濕法腐蝕藍(lán)寶石以制備藍(lán)寶石微結(jié)構(gòu)的工藝