發(fā)光二極管表面納米再構技術的研究.pdf

1、本課題的研究以解決半導體發(fā)光二極管出光面的光反射問題為主要內(nèi)容,研究并實驗了LED出光面的粗化和出光面生長增透膜的方法。為了解決出光面的全反射問題,采用粗化表面方法來實現(xiàn)光的散射,減少全反射幾率。采用三種方法制備納米級的掩膜,通過優(yōu)化各個參數(shù)得到單層均勻周期掩膜,采用ICP刻蝕技術在納米掩膜的保護下粗化底部的LED出光面。為了解決出光面的反射問題,利用PECVD制備增透膜,根據(jù)不同結構器件的需要設計不同結構和不同功能的介質薄膜,來提高器

2、件的光提取。具體研究內(nèi)容如下： 1.首先研究了在退火過程中,Al/Au、Sn/Au和Au層在SiO2上進行的自組裝行為,分析了金屬層厚度、退火溫度、退火時間對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Au顆粒。其次,研究了在上述顆粒的掩膜下,對下層的SiO2和半導體材料進行干法的ICP刻蝕。通過選擇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顆粒的保護下將SiO2刻蝕透,進而在SiO2的保護下刻蝕底層的半導體材料,調(diào)節(jié)刻蝕時間,達到一定刻蝕深度,獲得了GaP的納米級粗化表面。使用SEM和AFM分別測試了金屬納米顆粒表面和刻蝕后的粗化表面。將此方法應用于表面為GaP的AlGaInP紅光LED,分別進行了光譜測試、軸向光強測試、變電流測試和發(fā)散角度測試,并與常規(guī)AlGaInP紅光LED進行對比。實驗數(shù)據(jù)表明：此方法可使紅光AlGaInP基Moth-LED的

4、光強提高了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構的PS-PMMA層。通過調(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。將來可以利用PS與PMMA化學性質的不同,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出光面的保護掩膜。 3.研究了SiO2微球掩膜對藍光LED表面進行粗化的研究。首先介紹了SiO2微球懸浮液,其次研究了懸浮液的涂敷技術,最后利用涂敷的單層SiO2微球做為掩膜采用ICP技術分別刻蝕正裝GaN基藍光LED的ITO表面和倒裝藍光GaN基LED的藍寶石表面。制作出表面粗化的正裝藍光

6、GaN基LED器件和表面粗化的倒裝藍光GaN基LED,分別做了LOP測試、光強和光譜測試。實驗數(shù)據(jù)表明：此方法使正裝GaN基藍光LED的發(fā)光強度提高了27％,使倒裝GaN基LED的軸向光強提高了24％,光功率提高了20％。 4.在器件表面生長單層增透膜和生長帶有ITO的雙層增透膜方法來減少光在出光面的反射,并分析了封裝對光功率的影響。分別對兩種方法的設計思想和各自的特點進行了闡述分析,模擬計算了生長單層增透膜、雙層增透膜與界面反