图形蓝宝石衬底GaN基发光二极管的研制

采用抗刻蚀性光刻胶作为掩膜,并利用光刻技术制作周期性结构,进行ICP干法刻蚀C面(0001)蓝宝石制作图形蓝宝石衬底(PSS);然后,在PSS上进行MOCVD制作GaN基发光二极管(LED)外延片;最终,进行芯片制造和测试。PSS的基本结构为圆孔,直径为3μm,间隔为2μm,深度为864 nm,呈六角形分布。与同批生长的普通蓝宝石衬底(CSS)GaN基LED芯片相比,PSS芯片的光强和光通量比CSS分别提高57.32%和28.33%(20 mA),并可减小芯片的反向漏电流,且未影响芯片的波长分布和电压特性。     

表面粗化提高GaN基LED光提取效率的模拟

影响GaN基LED的外量子效率低下的主要因素是光子在半导体和空气界面处的全反射.根据实际芯片建立LED模型,利用蒙特卡罗方法进行光线追迹模拟,分析了光子的主要损耗对出光效率的影响.计算不同的表面粗化微元,微元尺寸及微元底角对LED光提取效率的影响;比较不同微元形成的光场分布.模拟显示:所设计最佳的表面粗化结构在理想状况下可以提高光提取效率3倍以上.     

GaN基发光二极管研究与进展

宽禁带Ⅲ族氮化物基半导体GaN是最近研究比较活跃的半导体材料系，其高亮度发光二极管一出现即引起广泛的关注，并以惊人的速度实现了商品化。文章就GaN基半导体二极管的研制和发展概况，应用和市场前景，以及近期研究热点作了介绍。     

大功率GaN基LED的提取效率

影响GaN基LED效率的主要因素是内量子效率和提取效率.蓝光GaN基的LED内量子效率可达70%以上,紫外GaN基LED可达80%,进一步改善的空间较小.而传统大面积结构GaN基LED由于全反射和吸收等原因,外提取效率只有百分之几,提高空间很大.本文从几何和物理光学角度分析了影响GaN基LED外提取效率的因素,针对全反射、吸收、横向光波导等问题总结了现有的各种提高GaN基LED提取效率的手段及其优缺点.     

提高发光二极管出光效率的新方法

利用高分子共混物的微相分离和自组装原理,制备出具有纳米微孔的PMMA薄膜,以此为掩膜对发光二极管(LED)表面进行湿法腐蚀,得到表面微结构,并研究了腐蚀时间对表面形貌的影响.测试结果表明,当微孔直径在500 nm左右、腐蚀深度约140 nm时,所得到的表面微结构能使LED在20 mA的注入电流下光功率平均提高18%.     

大功率GaN基LED的提取效率

影响GaN基LED效率的主要因素是内量子效率和提取效率. 蓝光GaN基的LED内量子效率可达70%以上， 紫外GaN基LED可达80%，进一步改善的空间较小. 而传统大面积结构GaN基LED由于全反射和吸收等原因，外提取效率只有百分之几，提高空间很大. 本文从几何和物理光学角度分析了影响GaN基LED外提取效率的因素，针对全反射、吸收、横向光波导等问题总结了现有的各种提高GaN基LED提取效率的手段及其优缺点.     

大功率GaN基LED的提取效率

影响GaN基LED效率的主要因素是内量子效率和提取效率.蓝光GaN基的LED内量子效率可达70%以上,紫外GaN基LED可达80%,进一步改善的空间较小.而传统大面积结构GaN基LED由于全反射和吸收等原因,外提取效率只有百分之几,提高空间很大.本文从几何和物理光学角度分析了影响GaN基LED外提取效率的因素,针对全反射、吸收、横向光波导等问题总结了现有的各种提高GaN基LED提取效率的手段及其优缺点.     

ZnO微纳结构对GaN基LED光提取效率的影响研究

基于时域有限差分法(FDTD)在GaN基LED表面分别生长了 ZnO柱状与锥状微纳结构,并利用Rsoft模拟仿真软件分析了两种结构的几何参量(排列周期p、高度H、底面直径D等)对GaN基LED光提取效率的影响.结果表明两种结构均可提高器件的光提取效率,柱状结构在H=0.25 μm,p=1.5 μm,D=0.9μm时表现最优,其光提取效率是未加任何结构平板LED的5.6倍;而锥状结构在H=0.6μm,p=1.4 μm,D=1.4 μm时表现最优,其光提取效率是未加任何结构平板LED的5.3倍.研究结果对高性能GaN基LED的设计与制备具有一定指导意义.     

低损伤ICP刻蚀技术提高GaN LED出光效率

首先分析了在制作GaN基LED时,采用干法刻蚀技术会对材料的表面和量子阱有源区造成损伤,影响了GaN基LED的内量子效率。针对这个问题,研究实验采用感应耦合等离子反应刻蚀(ICP-RIE)技术,分别选择了氯气/三氯化硼(Cl2/BCl3)气体体系和氯气/氩气(Cl2/Ar)气体体系,通过优化射频功率、ICP功率、气体流量以及相应的真空度,得到了良好的刻蚀端面,对于材料造成的损伤较低,得到更好的I-V特性。实验结果表明,采用低损伤的偏压功率刻蚀后制作的LED器件,出光功率提升一倍以上,同时采用Cl2/Ar气体体系,改善了器件的I-V特性,有效提高了LED的出光效率。     

ZnO纳米棒阵列提高发光二极管光抽取效率的研究

为了提高大功率LED的光抽取效率,采用溶胶-凝胶法、水热生长法的两步生长工艺在大功率红光发光二极管(LEDs)表面制作ZnO纳米棒阵列结构进行研究.利用ZnO纳米棒形成的光波导,ZnO纳米棒侧面为辅助出光面,提高了LED芯片的光输出效率.测试表明,所生长的ZnO纳米棒分布密度均匀,形貌一致;与未制作ZnO纳米棒前相比较...     

Analysis and Simulation of Light Extraction of Light-Emitting Diodes:Simulation Efficiency

Two foundational factors (escape cone and transmissivity) about light extraction of light emitting diodes (LEDs) are discussed.According to these factors,a new process to simulate the light extraction of LEDs based on the Monte Carlo method has been provided.The improved method is to deal with the reflection and refraction of light (beam of light) at the interface between two mediums approximately.In addition,light extraction of traditional LEDs is simulated by different processes with the same structure and parameters.The results show that the reflection and refraction of light processed approximately are accurate enough for analyzing LEDs structure.This method saves much time and improves efficiency in the simulation of light extraction of LEDs.     

Analysis and Simulation of Light Extraction of Light-Emitting Diodes: Simulation Efficiency

Two foundational factors (escape cone and transmissivity) about light extraction of light emitting diodes (LEDs) are discussed. According to these factors, a new process to simulate the light extraction of LEDs based on the Monte Carlo method has been provided. The improved method is to deal with the reflection and refraction of light (beam of light) at the interface between two mediums approximately. In addition, light extraction of traditional LEDs is simulated by different processes with the same structure and parameters. The results show that the reflection and refraction of light processed approximately are accurate enough for analyzing LEDs structure. This method saves much time and improves efficiency in the simulation of light extraction of LEDs.     

图形化蓝宝石衬底结构对GaN基LED发光性能的影响

为了研究图形化蓝宝石衬底(PSS)的结构和形貌对GaN基发光二极管(LED)光学性能的影响,对PSS的制备工艺和参数进 行了调控,从而 形成具有不同填充因子的蒙古包形PSS(HPSS)和金字塔形PSS(TPSS)两种衬底,用于生长 和制备蓝光LED 芯片。通过对TPSS-LED的光学性能测试和分析得到,随着PSS填充因子的增大, LED的 光输出功 率也增大;进而比较具有相同填充因子的HPSS和TPSS的光学性能表明,HPSS明显优于TPSS。 因此, PSS填充因子的增大,能够提高LED的光输出功率;优化PSS的结构可以改善LED中光出射途径 ,从而更有效提高LED的光发射效率。     

GaN基蓝光发光二极管峰值波长偏移的研究

通过对蓝光和红光发光二极管在直流和脉冲电流两种情况下进行变电流测试,对其峰值波长的偏移情况进行了深入的对比分析和研究,指出主要是热效应和极化效应两个因素造成蓝光LED的峰值波长发生偏移,并计算出热效应单独引起峰值波长偏移的温度系数为0.080 7nm/K,In0.2Ga0.8N/GaN发光二极管量子阱中的极化强度为3.765 0 MV/cm;分析还认为电流注入下多量子阱中栽流子分布不均匀也是影响器件峰值波长的一个因素,并计算得到去除极化影响后量子阱中的场强,验证了在电流注入下多量子阱中载流子分布不均匀的结论.     

隧道再生双有源区AlGaInP发光二极管提取效率的计算

建立了发光二极管提取效率的理论计算模型,分析了影响隧道再生双有源区AlGaInP发光二极管提取效率的主要因素,包括从出光表面出射的光、体内的光吸收损耗、衬底对光的吸收损耗、金属电极对光的吸收损耗,模拟计算了隧道再生双有源区AlGaInP发光二极管的提取效率,计算得到隧道再生双有源区AlGaInP LED管芯的上有源区和下有源区提取效率分别为5．24％和9．16％。     

非平面化型ITO氮化镓基蓝光发光二极管

将氧化铟锡(ITO)生长于氮化镓基蓝色发光二极管的出光台面上(p型GaN台面),用非平面化处理的方法制作出ITO井状结构,研制出非平面化型氧化铟锡-氮化镓基蓝色发光二极管(LED),获得了高的出光效率.结果表明,在20mA工作电流下,该蓝色发光二极管的出光光强是平整的普通ITO-GaN基LED的1.35倍.     

高提取效率表面织构红光发光二极管

给出了用蒙特卡罗射线追踪法模拟发光二极管(LED)光提取效率的过程,并对表面织构LED的光提取效率进行了模拟分析,得到存在一组优化的表面织构参数,可使LED的光提取效率提高36%。通过湿法腐蚀和干法刻蚀相结合工艺,制备了表面织构的红光LED,器件的轴向光强提高了20.6%。理论和实验结果,表明表面织构技术是提高LED光提取效率的一个主要途径。     

六棱柱单元周期纳米结构OLED光提取效率研究

有机发光二极管（0LED）的发光效率很大程度上受到器件中高折射率材料（ITO／有机物）对导波光能量的制约。通过使用时域有限差分（FDTD）法，对在OLED中的氧化铟与氧化锡复合透明阳极ITO结构上覆盖3种基本结构的三角排列SiNx六棱柱柱状光子晶体平板（PCS）的OLED结构进行了数值模拟，并对提高束缚于高折射率材料中的光提取效率效果进行了分析，给出了优化的几何参数及最合理的基本结构，为高性能OLED结构的设计提供设计依据。     

GaN基发光二极管外量子效率研究进展

近年来,GaN基发光二极管发展迅猛,但其发光效率一直是制约LED在照明领域广泛应用的主要瓶颈。本文简要介绍了提高发光二极管外量子效率的几种途径：生长分布布喇格反射层（DBR）结构,表面粗化技术,异性芯片技术,采用光子晶体结构,倒装芯片技术,激光剥离技术,透明衬底技术等。