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微纳光学在LED芯片中应用研究

2014-09-23 11:44
铁马老言
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  自1991年GaN蓝光LED面世后,GaN基LED近几年来发展迅速。目前,高效率GaN基LED已经被广泛地用于全彩显示屏、固态照明、液晶显示器背光源等方面。LED以其寿命长、耗电小、环保、耐冲击、抗震等优点,LED照明市场增长快速。但是,由于在半导体和空气之间折射率的差异造成的全反射而导致LED表面的光提取效率较低,典型的GaN半导体材料折射率为2.5,由全反射定律得知,光线从半导体逸出到空气中全反射角的临界值为24°角,故大于24°的光线都无法从半导体材料中逸出。因此,全反射在很大程度上影响了LED的光提取效率。因此,如何减少全反射,改善LED的光提取效率成为如今研究热点之一。本文主要介绍了对LED芯片表面或芯片内部的几种微结构的加工,它们都能够起到提高LED出光效率的作用。

  1 LED表面微结构技术

  传统的GaN基LED是利用化学气相沉积(MOCVD)技术在560?C左右的蓝宝石基底上分别沉积掺杂Si的n型GaN材料和掺杂Mg的p型GaN材料,两种材料之间形成量子阱(MQW)。在p型GaN材料上再镀上一层ITO膜(氧化铟锡),该金属氧化物透明导电膜作为透明电极,其作用是增强电极出光亮度以及隔离芯片中发射的对人类有害的电子辐射、紫外线及远红外线等[6]。LED的基本结构如图1所示。

  清华大学的张贤鹏等人[8]采用基于Cl2/Ar/BCl3气体的感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术制作了p-GaN表面具有直径3μu03BCm、周期6μu03BCm的微结构。该微结构将GaN基蓝光LED芯片的光荧光效果提高了42.8%%uFF0C并且在LED器件注入电流为20mA的情况下,将芯片正面出光效率提高了38%%uFF0C背面出光效率提高了10.6%%u3002

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