發(fā)光二極管芯片高效率結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jìn)入21世紀(jì)以后，全球面臨嚴(yán)重的能源、環(huán)境危機(jī)，而照明就消耗了大量的電力資源。因此，有必要改進(jìn)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(jì)和社會(huì)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(hào)，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(shí)。但是，目前相對(duì)低的流明輸出和額外的驅(qū)動(dòng)電路導(dǎo)致LED的初期成本相對(duì)于傳統(tǒng)的照明設(shè)備較高。周圍環(huán)境溫度的對(duì)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(duì)可靠性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合。如果散熱不佳會(huì)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(xiàng)目、北京市工業(yè)發(fā)展資金項(xiàng)目的支持下進(jìn)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(jìn)展，分析了表面粗化、芯片鍵合等方法對(duì)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(duì)LED芯片的光提取效率的影響。實(shí)驗(yàn)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(shí)解決表面粗化給LED芯片電學(xué)性能帶來的不利影響，對(duì)現(xiàn)有的工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化，提升

4、現(xiàn)有的AlGaInP基LED芯片性能。主要的研究?jī)?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(shì)；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(jìn)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(duì)不同的表面結(jié)構(gòu)的LED芯片進(jìn)行數(shù)值模擬，計(jì)算粗化后的LED芯片出光效率。通過計(jì)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(shí)又不需要對(duì)現(xiàn)有的工藝流程做很大的改動(dòng)。
　　 3、實(shí)驗(yàn)中，采用磷酸、鹽酸混合溶液腐蝕n-AlGaInP表面制作具有納米級(jí)的出光表面，不斷改進(jìn)濕法腐蝕溶液的配比，優(yōu)化粗化的時(shí)間，提高了LED的光提取效率，通過電子掃描顯