提高LED发光效率的若干方法学习教案课件

会计学1提高(tígāo)LED发光效率的若干方法第一页，共17页。一、LED的制作(zhìzuò)工艺硅衬底LED外延(wàiyán)片蓝宝石衬底LED外延(wàiyán)片LED外延片垂直结构图第2页/共17页第二页，共17页。LED芯片(xīnpiàn)结构简图通过光刻、等离子体刻蚀、蒸镀金属等一系列工艺过程(guòchéng)，在LED外延片上制作许许多多的LED芯片。第3页/共17页第三页，共17页。二、提高LED发光效率(xiàolǜ)的若干方法内量子(liàngzǐ)效率：光提取(tíqǔ)效率：外量子效率：第4页/共17页第四页，共17页。由于MOCVD外延生长技术和多量子阱结构(MQW)的引入，使LED的内量子效率超过(chāoguò)80%，提高的空间不大。反而在光提取效率方面，由于内部全反射，提取效率一直非常低（低于20%），成为抑制发光效率的主要原因。内部(nèibù)全反射第5页/共17页第五页，共17页。1、光学(guāngxué)增透膜光学(guāngxué)增透膜原理示意图利用光线通过折射率为n1的薄膜时，在上下表面发生反射，设上下两种介质的折射率为，n0、n2，当两束反射光的光程差为半波长的奇数倍时,两束光发生干涉相消，反射光强度减为最弱，当满足时，反射光减为0，入射的光线除了被材料本身吸收(xīshōu)外将完全透过。第6页/共17页第六页，共17页。2、LED芯片(xīnpiàn)倒装结构LED芯片倒装(dǎozhuānɡ)结构在这种结构中，光从透明的蓝宝石衬底上射出，而且电极倒装焊接在基板上减少了电极对光(duìguāng)的吸收。还可以通过增加电极的厚度及用对光反射率较高的Ag、Al作为反射电极层，可以改善电流拥挤效应。

此外有源区更靠近热沉，热量可以快速通过基板传递出去。第7页/共17页第七页，共17页。3、改变(gǎibiàn)LED形状倒金字塔形LED芯片(xīnpiàn)及光路示意图Krames科研(kēyán)小组将蓝宝石衬底LED芯片倒置，切去四个方向的下角，斜面与垂直方向的夹角为35o。LED的这种几何外形可以使内部反射的光从侧壁的内表面再次传播到上表面，而以小于临界角的角度出射。同时使那些传播到上表面大于临界角的光重新从侧面出射。

这两种过程能同时减小光在内部传播的路程。第8页/共17页第八页，共17页。4、电极(diànjí)优化LED的电极对光输出影响很大，如果电流扩散(kuòsàn)不充分、不均匀，会导致出光减少。合理设计厚电极的形状可以提高LED的发光效率。如果电极太少，则无法充分均匀地扩展电流；如果电极太多，则会阻挡光的取出。第9页/共17页第九页，共17页。

不同电极形状（中山大学半导体照明系统研究(yánjiū)中心）第10页/共17页第十页，共17页。4、表面(biǎomiàn)粗化表面(biǎomiàn)粗化原理示意图降低LED内部光全反射的一个最常用(chánɡyònɡ)、行之有效的方法就是在LED表面进行粗化，减少内反射，从而提高出光效率。早在1993年Schnitze等人在GaAs基LED芯片表面进行粗化，提出表面微小的粗化可以导致光线运动紊乱，从而就有更多的光线满足逃逸角。第11页/共17页第十一页，共17页。表面粗化的特点：粗化的部位(bùwèi)：粗化p-GaN层、粗化n-GaN层、粗化透明电极层。粗化的方法：KOH溶液湿法腐蚀、强酸溶液湿法腐蚀、ICP干法刻蚀、激光干法刻蚀等。掩膜的选择：金属Pt或Ni在高温下退火形成的金属小球、光刻胶、聚苯乙烯小球等。第12页/共17页第十二页，共17页。PeriyayyaUthirakumar科研小组(xiǎozǔ)用湿法腐蚀方法进行表面粗化第13页/共17页第十三页，共17页。粗化表面形貌及发光(fāɡuānɡ)对比第14页/共17页第十四页，共17页。参考资料：1、史光国，“半导体发光二极管及固体照明(zhàomíng)[M]”，科学出版社，2007.2、E.FredSchubert.“Light-emittingDiodes.RensselaerPolytechnicInstitute[M]”,2006:84.3、唐晋发，郑权，“应用薄膜光学[M]”.上海科学技术出版社，1984.4、5、张佰君，《高亮度LED结构》课件.6、NanoscaleITOZnOlayer-texturingforhigh-efficiencyInGaNGaNlight