發(fā)光二極管表面納米再構(gòu)技術(shù)的研究.pdf

1、本課題的研究以解決半導(dǎo)體發(fā)光二極管出光面的光反射問(wèn)題為主要內(nèi)容,研究并實(shí)驗(yàn)了LED出光面的粗化和出光面生長(zhǎng)增透膜的方法。為了解決出光面的全反射問(wèn)題,采用粗化表面方法來(lái)實(shí)現(xiàn)光的散射,減少全反射幾率。采用三種方法制備納米級(jí)的掩膜,通過(guò)優(yōu)化各個(gè)參數(shù)得到單層均勻周期掩膜,采用ICP刻蝕技術(shù)在納米掩膜的保護(hù)下粗化底部的LED出光面。為了解決出光面的反射問(wèn)題,利用PECVD制備增透膜,根據(jù)不同結(jié)構(gòu)器件的需要設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)和不同功能的介質(zhì)薄膜,來(lái)提高器

2、件的光提取。具體研究?jī)?nèi)容如下： 1.首先研究了在退火過(guò)程中,Al/Au、Sn/Au和Au層在SiO2上進(jìn)行的自組裝行為,分析了金屬層厚度、退火溫度、退火時(shí)間對(duì)金屬顆粒形成的影響,最終制備出周期范圍在200nm-600nm之間的均勻分散單層島狀A(yù)u顆粒。其次,研究了在上述顆粒的掩膜下,對(duì)下層的SiO2和半導(dǎo)體材料進(jìn)行干法的ICP刻蝕。通過(guò)選擇ICP的刻蝕氣體,控制刻蝕氣體的流量、ICP功率、RF功率,使得Au和SiO2之間有較高的

3、刻蝕選擇比,能夠在Au顆粒的保護(hù)下將SiO2刻蝕透,進(jìn)而在SiO2的保護(hù)下刻蝕底層的半導(dǎo)體材料,調(diào)節(jié)刻蝕時(shí)間,達(dá)到一定刻蝕深度,獲得了GaP的納米級(jí)粗化表面。使用SEM和AFM分別測(cè)試了金屬納米顆粒表面和刻蝕后的粗化表面。將此方法應(yīng)用于表面為GaP的AlGaInP紅光LED,分別進(jìn)行了光譜測(cè)試、軸向光強(qiáng)測(cè)試、變電流測(cè)試和發(fā)散角度測(cè)試,并與常規(guī)AlGaInP紅光LED進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：此方法可使紅光AlGaInP基Moth-LED的

4、光強(qiáng)提高了27％,光功率提高了12.6％?？梢詢?yōu)化Au顆粒的周期和分散程度,進(jìn)一步提高AlGaInP基Moth-LED光的輸出。 2.利用PS-PMMA高分子共混物的相分離制備出納米級(jí)掩膜。首先研究了PS-PMMA共混物的制備,其中包括PS與PMMA的配比比例和共混物的濃度。其次研究PS-PMMA相分離狀態(tài),并制備出單層分散顆粒狀結(jié)構(gòu)的PS-PMMA層。通過(guò)調(diào)節(jié)PS/PMMA組分比的大小和共混物溶液的濃度制備出周期小于一微米的P

5、S-PMMA共混物膜層。將來(lái)可以利用PS與PMMA化學(xué)性質(zhì)的不同,采用濕法腐蝕或干法刻蝕的方法去掉其中一種組分,留下另一種組分作為粗化LED出光面的保護(hù)掩膜。 3.研究了SiO2微球掩膜對(duì)藍(lán)光LED表面進(jìn)行粗化的研究。首先介紹了SiO2微球懸浮液,其次研究了懸浮液的涂敷技術(shù),最后利用涂敷的單層SiO2微球做為掩膜采用ICP技術(shù)分別刻蝕正裝GaN基藍(lán)光LED的ITO表面和倒裝藍(lán)光GaN基LED的藍(lán)寶石表面。制作出表面粗化的正裝藍(lán)光

6、GaN基LED器件和表面粗化的倒裝藍(lán)光GaN基LED,分別做了LOP測(cè)試、光強(qiáng)和光譜測(cè)試。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：此方法使正裝GaN基藍(lán)光LED的發(fā)光強(qiáng)度提高了27％,使倒裝GaN基LED的軸向光強(qiáng)提高了24％,光功率提高了20％。 4.在器件表面生長(zhǎng)單層增透膜和生長(zhǎng)帶有ITO的雙層增透膜方法來(lái)減少光在出光面的反射,并分析了封裝對(duì)光功率的影響。分別對(duì)兩種方法的設(shè)計(jì)思想和各自的特點(diǎn)進(jìn)行了闡述分析,模擬計(jì)算了生長(zhǎng)單層增透膜、雙層增透膜與界面反