提高LED發(fā)光效率的若干方法學(xué)習(xí)教案課件

會計(jì)學(xué)1提高(tígāo)LED發(fā)光效率的若干方法第一頁，共17頁。會計(jì)學(xué)1提高(tígāo)LED發(fā)光效率的若干方法第一頁，一、LED的制作(zhìzuò)工藝硅襯底LED外延(wàiyán)片藍(lán)寶石襯底LED外延(wàiyán)片LED外延片垂直結(jié)構(gòu)圖第2頁/共17頁第二頁，共17頁。一、LED的制作(zhìzuò)工藝硅襯底LED外延(wài2LED芯片(xīnpiàn)結(jié)構(gòu)簡圖通過光刻、等離子體刻蝕、蒸鍍金屬等一系列工藝過程(guòchéng)，在LED外延片上制作許許多多的LED芯片。第3頁/共17頁第三頁，共17頁。LED芯片(xīnpiàn)結(jié)構(gòu)簡圖通過光3二、提高LED發(fā)光效率(xiàolǜ)的若干方法內(nèi)量子(liàngzǐ)效率：光提取(tíqǔ)效率：外量子效率：第4頁/共17頁第四頁，共17頁。二、提高LED發(fā)光效率(xiàolǜ)的若干方法內(nèi)量子(l4由于MOCVD外延生長技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW)的引入，使LED的內(nèi)量子效率超過(chāoguò)80%，提高的空間不大。反而在光提取效率方面，由于內(nèi)部全反射，提取效率一直非常低（低于20%），成為抑制發(fā)光效率的主要原因。內(nèi)部(nèibù)全反射第5頁/共17頁第五頁，共17頁。由于MOCVD外延生長技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)(51、光學(xué)(guāngxué)增透膜光學(xué)(guāngxué)增透膜原理示意圖利用光線通過折射率為n1的薄膜時(shí)，在上下表面發(fā)生反射，設(shè)上下兩種介質(zhì)的折射率為，n0、n2，當(dāng)兩束反射光的光程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí),兩束光發(fā)生干涉相消，反射光強(qiáng)度減為最弱，當(dāng)滿足時(shí)，反射光減為0，入射的光線除了被材料本身吸收(xīshōu)外將完全透過。第6頁/共17頁第六頁，共17頁。1、光學(xué)(guāngxué)增透膜光學(xué)(guāngxué)增62、LED芯片(xīnpiàn)倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片倒裝(dǎozhuānɡ)結(jié)構(gòu)在這種結(jié)構(gòu)中，光從透明的藍(lán)寶石襯底上射出，而且電極倒裝焊接在基板上減少了電極對光(duìguāng)的吸收。還可以通過增加電極的厚度及用對光反射率較高的Ag、Al作為反射電極層，可以改善電流擁擠效應(yīng)。

此外有源區(qū)更靠近熱沉，熱量可以快速通過基板傳遞出去。第7頁/共17頁第七頁，共17頁。2、LED芯片(xīnpiàn)倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片倒裝(d73、改變(gǎibiàn)LED形狀倒金字塔形LED芯片(xīnpiàn)及光路示意圖Krames科研(kēyán)小組將藍(lán)寶石襯底LED芯片倒置，切去四個(gè)方向的下角，斜面與垂直方向的夾角為35o。LED的這種幾何外形可以使內(nèi)部反射的光從側(cè)壁的內(nèi)表面再次傳播到上表面，而以小于臨界角的角度出射。同時(shí)使那些傳播到上表面大于臨界角的光重新從側(cè)面出射。

這兩種過程能同時(shí)減小光在內(nèi)部傳播的路程。第8頁/共17頁第八頁，共17頁。3、改變(gǎibiàn)LED形狀倒金字塔形LED芯片(x84、電極(diànjí)優(yōu)化LED的電極對光輸出影響很大，如果電流擴(kuò)散(kuòsàn)不充分、不均勻，會導(dǎo)致出光減少。合理設(shè)計(jì)厚電極的形狀可以提高LED的發(fā)光效率。如果電極太少，則無法充分均勻地?cái)U(kuò)展電流；如果電極太多，則會阻擋光的取出。第9頁/共17頁第九頁，共17頁。4、電極(diànjí)優(yōu)化LED的電極對光輸9

不同電極形狀（中山大學(xué)半導(dǎo)體照明系統(tǒng)研究(yánjiū)中心）第10頁/共17頁第十頁，共17頁。不同電極形狀第10頁/共17頁第十頁，共17頁。104、表面(biǎomiàn)粗化表面(biǎomiàn)粗化原理示意圖降低LED內(nèi)部光全反射的一個(gè)最常用(chánɡyònɡ)、行之有效的方法就是在LED表面進(jìn)行粗化，減少內(nèi)反射，從而提高出光效率。早在1993年Schnitze等人在GaAs基LED芯片表面進(jìn)行粗化，提出表面微小的粗化可以導(dǎo)致光線運(yùn)動紊亂，從而就有更多的光線滿足逃逸角。第11頁/共17頁第十一頁，共17頁。4、表面(biǎomiàn)粗化表面(biǎomiàn)粗化11表面粗化的特點(diǎn)：粗化的部位(bùwèi)：粗化p-GaN層、粗化n-GaN層、粗化透明電極層。粗化的方法：KOH溶液濕法腐蝕、強(qiáng)酸溶液濕法腐蝕、ICP干法刻蝕、激光干法刻蝕等。掩膜的選擇：金屬Pt或Ni在高溫下退火形成的金屬小球、光刻膠、聚苯乙烯小球等。第12頁/共17頁第十二頁，共17頁。表面粗化的特點(diǎn)：第12頁/共17頁第十二頁，共17頁。12PeriyayyaUthirakumar科研小組(xiǎozǔ)用濕法腐蝕方法進(jìn)行表面粗化第13頁/共17頁第十三頁，共17頁。PeriyayyaUthirakumar科研小組(xiǎ13粗化表面形貌及發(fā)光(fāɡuānɡ)對比第14頁/共17頁第十四頁，共17頁。粗化表面形貌及發(fā)光(fāɡuānɡ)對比第14頁/共17頁14參考資料：1、史光國，“半導(dǎo)體發(fā)光二極管及固體照明(zhàomíng)[M]”，科學(xué)出版社，2007.2、E.FredSchubert.“Light-emittingDiodes.RensselaerPolytechnicInstitute[M]”,2006:84.3、唐晉發(fā)，鄭權(quán)，“應(yīng)用薄膜光學(xué)[M]”.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1984.4、5、張佰君，《高亮度LED結(jié)構(gòu)》課件.6、NanoscaleITOZnOlayer-texturingforhigh-efficiencyInGaNGaNlightemittingdiodes第15頁/共17頁第十五頁，共17頁。參考資料：第15頁/共17頁第十五頁，共17頁。15ThankYou^^第16頁/共17頁第十六頁，共17頁。ThankYou^^第16頁/共17頁第十六頁，共1716感謝您的觀看(guānkàn)！第17頁/共17頁第十七頁，共17頁。感謝您的觀看(guānkàn)！第17頁/共17頁第十七頁，17會計(jì)學(xué)18提高(tígāo)LED發(fā)光效率的若干方法第一頁，共17頁。會計(jì)學(xué)1提高(tígāo)LED發(fā)光效率的若干方法第一頁，一、LED的制作(zhìzuò)工藝硅襯底LED外延(wàiyán)片藍(lán)寶石襯底LED外延(wàiyán)片LED外延片垂直結(jié)構(gòu)圖第2頁/共17頁第二頁，共17頁。一、LED的制作(zhìzuò)工藝硅襯底LED外延(wài19LED芯片(xīnpiàn)結(jié)構(gòu)簡圖通過光刻、等離子體刻蝕、蒸鍍金屬等一系列工藝過程(guòchéng)，在LED外延片上制作許許多多的LED芯片。第3頁/共17頁第三頁，共17頁。LED芯片(xīnpiàn)結(jié)構(gòu)簡圖通過光20二、提高LED發(fā)光效率(xiàolǜ)的若干方法內(nèi)量子(liàngzǐ)效率：光提取(tíqǔ)效率：外量子效率：第4頁/共17頁第四頁，共17頁。二、提高LED發(fā)光效率(xiàolǜ)的若干方法內(nèi)量子(l21由于MOCVD外延生長技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW)的引入，使LED的內(nèi)量子效率超過(chāoguò)80%，提高的空間不大。反而在光提取效率方面，由于內(nèi)部全反射，提取效率一直非常低（低于20%），成為抑制發(fā)光效率的主要原因。內(nèi)部(nèibù)全反射第5頁/共17頁第五頁，共17頁。由于MOCVD外延生長技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)(221、光學(xué)(guāngxué)增透膜光學(xué)(guāngxué)增透膜原理示意圖利用光線通過折射率為n1的薄膜時(shí)，在上下表面發(fā)生反射，設(shè)上下兩種介質(zhì)的折射率為，n0、n2，當(dāng)兩束反射光的光程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí),兩束光發(fā)生干涉相消，反射光強(qiáng)度減為最弱，當(dāng)滿足時(shí)，反射光減為0，入射的光線除了被材料本身吸收(xīshōu)外將完全透過。第6頁/共17頁第六頁，共17頁。1、光學(xué)(guāngxué)增透膜光學(xué)(guāngxué)增232、LED芯片(xīnpiàn)倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片倒裝(dǎozhuānɡ)結(jié)構(gòu)在這種結(jié)構(gòu)中，光從透明的藍(lán)寶石襯底上射出，而且電極倒裝焊接在基板上減少了電極對光(duìguāng)的吸收。還可以通過增加電極的厚度及用對光反射率較高的Ag、Al作為反射電極層，可以改善電流擁擠效應(yīng)。

此外有源區(qū)更靠近熱沉，熱量可以快速通過基板傳遞出去。第7頁/共17頁第七頁，共17頁。2、LED芯片(xīnpiàn)倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片倒裝(d243、改變(gǎibiàn)LED形狀倒金字塔形LED芯片(xīnpiàn)及光路示意圖Krames科研(kēyán)小組將藍(lán)寶石襯底LED芯片倒置，切去四個(gè)方向的下角，斜面與垂直方向的夾角為35o。LED的這種幾何外形可以使內(nèi)部反射的光從側(cè)壁的內(nèi)表面再次傳播到上表面，而以小于臨界角的角度出射。同時(shí)使那些傳播到上表面大于臨界角的光重新從側(cè)面出射。

這兩種過程能同時(shí)減小光在內(nèi)部傳播的路程。第8頁/共17頁第八頁，共17頁。3、改變(gǎibiàn)LED形狀倒金字塔形LED芯片(x254、電極(diànjí)優(yōu)化LED的電極對光輸出影響很大，如果電流擴(kuò)散(kuòsàn)不充分、不均勻，會導(dǎo)致出光減少。合理設(shè)計(jì)厚電極的形狀可以提高LED的發(fā)光效率。如果電極太少，則無法充分均勻地?cái)U(kuò)展電流；如果電極太多，則會阻擋光的取出。第9頁/共17頁第九頁，共17頁。4、電極(diànjí)優(yōu)化LED的電極對光輸26

不同電極形狀（中山大學(xué)半導(dǎo)體照明系統(tǒng)研究(yánjiū)中心）第10頁/共17頁第十頁，共17頁。不同電極形狀第10頁/共17頁第十頁，共17頁。274、表面(biǎomiàn)粗化表面(biǎomiàn)粗化原理示意圖降低LED內(nèi)部光全反射的一個(gè)最常用(chánɡyònɡ)、行之有效的方法就是在LED表面進(jìn)行粗化，減少內(nèi)反射，從而提高出光效率。早在1993年Schnitze等人在GaAs基LED芯片表面進(jìn)行粗化，提出表面微小的粗化可以導(dǎo)致光線運(yùn)動紊亂，從而就有更多的光線滿足逃逸角。第11頁/共17頁第十一頁，共17頁。4、表面(biǎomiàn)粗化表面(biǎomiàn)粗化28表面粗化的特點(diǎn)：粗化的部位(bùwèi)：粗化p-GaN層、粗化n-GaN層、粗化透明電極層。粗化的方法：KOH溶液濕法腐蝕、強(qiáng)酸溶液濕法腐蝕、ICP干法刻蝕、激光干法刻蝕等。掩膜的選擇：金屬Pt或Ni在高溫下退火形成的金屬小球、光刻膠、聚苯乙烯小球等。第12頁/共17頁第十二頁，共17頁。表面粗化的特點(diǎn)：第12頁/共17頁第十二頁，共17頁。29PeriyayyaUthirakumar科研小組(xiǎozǔ)用濕法腐蝕方法進(jìn)行表面粗化第13頁/共17頁第十三頁，共17頁。PeriyayyaUthirakumar科研小組(xiǎ30粗化表面形貌及發(fā)光(fāɡuānɡ)對比第14頁/共17頁第十四頁，共17頁。粗化表面形貌及發(fā)光(fāɡuānɡ)對比第14頁/共17頁31參考資料：1、史光國，“半導(dǎo)體發(fā)光二極管及固體照明(zhàomíng)[M]”，科學(xué)出版社，2007.2、E.FredSchubert.“Light-emittingDiodes.RensselaerPolytechnicInstitute[M]”,2006:84.3、唐晉發(fā)，鄭權(quán)，“應(yīng)用薄膜光學(xué)[M]”.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1984.4、5、張佰君，《高亮度LED結(jié)構(gòu)》課件.6