提高LED光提取效率及其歐姆接觸電極制備的研究.pdf

1、華南師范大學(xué)碩上學(xué)位論文摘要摘要提高LED光提取效率及其歐姆接觸電極制備研究發(fā)光二極管(LightEmittingDiode，LED)作為第三代照明光源，以其經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性及高效率等特點(diǎn)有望成為未來照明光源的理想方式。但就目前來說，發(fā)光二極管要作為照明光源，其發(fā)光效率還不夠高。要提高LED發(fā)光效率，主要從兩方面著手，一是提高其內(nèi)量子效率，即提高注入電能的利用率；一是提高光提取效率，即提高LED有源層所發(fā)出光的利用率。本文首先介紹了氮化鎵

2、(GaN)LED的發(fā)光原理及其制備工藝中的幾個(gè)關(guān)鍵問題，如GaN基LED外延生長(zhǎng)的襯底選擇；P型GaN的摻雜；歐姆接觸電極的制備等。概述了解決這些關(guān)鍵問題的研究進(jìn)展。介紹了目前GaN基LED芯片的主要結(jié)構(gòu)類型，如傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)等。指出了各種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其對(duì)提高LED發(fā)光效率的影響。在以上三種主要結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，人們又提出了表面粗化、光子晶體、特形芯片等新技術(shù)，使LED發(fā)光效率逐步提高。本文比較三種主要結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，指出，就目前

3、而言，倒裝結(jié)構(gòu)相比于其他結(jié)構(gòu)在效率上或技術(shù)成熟度上更具優(yōu)勢(shì)，通過模擬計(jì)算的方法分析了倒裝結(jié)構(gòu)提高LED發(fā)光效率的機(jī)理，指出其原因主要是避免了P型歐姆接觸電極對(duì)光子的吸收以及電極引線對(duì)光的阻擋，此外還提高了LED散熱性能，從而可以提高LED內(nèi)量子效率及LED的熱穩(wěn)定性，但并沒有突破全反射效應(yīng)的限制，其出光錐角并未有增大，因而對(duì)LED發(fā)光效率的提高非常有限。而實(shí)驗(yàn)及理論均指出，改變LED芯片傳統(tǒng)的四方體形狀，可以在LED發(fā)光效率的提高方面取

4、得突破，本文提出了一種全新的菱形結(jié)構(gòu)，通過仿真計(jì)算表明其光提取效率有大幅度提高，并分析了菱形結(jié)構(gòu)中影響光提取效率的因素。提高LED內(nèi)量子效率一直是行業(yè)內(nèi)研究重點(diǎn)，目的在于提高注入電能的利用率。通過改善外延材料晶體質(zhì)量，優(yōu)化外延結(jié)構(gòu)可以使內(nèi)量子效率有很大提高，而在芯片制備工藝上則必須制備低歐姆接觸電阻的電極，以降低接觸電阻功率損華南師范大學(xué)碩士學(xué)位論文StudyonImprovingtheLightExtractionEfficiency

5、ofLight—EmittingDiodesandlnvestigationoftheOhmicAbstractContactontheGaNAsthethirdgenerationlightsource，LEDisexpectedtobecometheidealwayoflightinthefuturebecauseofitseconomypracticalityandhighefficiencycharacteristicsButf

6、ornowthelightingefficiencyofLEDsisnothighenoughToimprovetheefficiencyofLEDlight，therearetwoprongedapproaches：Firstlyimprovetheinternalquantumefficiencyisnecessarywhichisimprovingtheutilizationofelectricalenergy；Secondlyi

7、mprovethelightextractionefficiencywhichisimprovingtheutilizationofthelightemitintheLEDInthispaperthegalliumnitride(GaN)LEDlight—emittingprincipleandseveralkeyissueswasdescribed，suchastheselectionofthesubstrate；pGaNdoped；

8、ohmiccontactelectrode，andSOonFourthmore，alloverviewoftheresearchabouttheseissueswasdescribedMainStructureTypesofLEDfornowwasdetailed，suchasthetraditionalstructure，JtheHip。chipLED，theverticalstructure，andSOonThefeaturesof

9、thesetypeswaredetaileddescriptionItalsoproposedthesurfaceroughening，photoniccrystals，specialbuildchipsandothernewtechnologies，SOthatLEDluminousefficiencyWasimprovedtoagoodpurposeBycomparingthethreemainstructuralfeatures，

10、itWaspointedoutthattheFlipchipLEDisabetterwaytoimprovetheluminousefficiencyofLEDThemechanismtoimprovethelightemittingefficiencywasanalyzedthroughsimulationanalysis，resultingthatthelightconeanglecannotbeincreasedintheFlip

11、—chipLED，itjustavoidtheabsorptionofthelightbytheptypecontactandtheresistofthelightbytheelectrodeleadInaddition，itimprovedthethermalperformanceofLEDs，whichincreasedtheinternalquantumefficiencyandthermalstabilityofLEDsTher