半导体光电子学

蓝光LED发光效率研究

小组成员：张天一201421240310

许剑华201422240316

孟一心201421240308目录蓝光LED简介1提高LED发光效率方式2ZnO纳米阵列增强大功率蓝光LED出光效率的研究3微纳米结构增强蓝光LED发光效率的研究41、蓝光LED简介蓝光LED就是发蓝颜色光的发光二极管特点：节能、寿命长、亮度高构成原理：电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。2014年度诺贝尔物理学奖授予日本名古屋大学的赤崎勇，天野浩以及美国加州大学圣巴巴拉分校的中村修二，以表彰他们在发明一种新型高效节能光源方面的贡献，即蓝色发光二极管(LED)。2、提高LED发光效率方式

2.1改变芯片外形的技术改变光线的传输方向，使光从正面射出，光亮度更为集中，从而亮度获得提升。如此一来，便可增加光的侧壁全反射机率，其结果如图所示。这样便可使器件的发光亮度更为集中，从而亮度获得提升2.2倒装芯片技术Lumileds公司报道，采用倒装焊技术在大功率AlInGaN基芯片上的应用，避免了电极焊点和引线对出光效率的影响，改善了电流扩散性和散热性，背反射膜的制备将传向下方的光反射回出光的蓝宝石一方，进一步提升出光效率，外量子效率达21％，功率换效率达20％(20mA，435nm)，最大功率达至400mW(驱动电流1A，435nm，芯片尺寸lmm*lmm)，其总体发光效率比正装增加1.6倍。2.3生长分布布拉格反射层(DBR)结构通过外延技术生长具DBR层的GaN基芯片，DBR是两种折射率不同的材料周期交替生长的层状结构，它在有源层和衬底之间，能够将射向衬底的光反射回表面或侧面，可以减少衬底对光的吸收，提高出光效率。2.4表面粗糙化技术表面粗糙化主要是将那些满足全反射定律的光改变方向，继而在另一表面或反射回原表面时不被全反射而透过界面，并能起防反射的功能。2.5光子晶体技术浅二维表面栅格光子晶体可避免对有源区的损伤和在光子晶体制备过程导入太多表面损伤，引发内量子效率的下降，同时又能发挥光子晶体的衍射效应，改变光的入射角而提升出光效率1.7~2.7倍，制作过程涉及电子束光刻或其他刻蚀工艺。3、ZnO纳米阵列增强大功率蓝光LED出光效率的研究

原理：采用低成本的化学溶液法在大功率GaN基蓝光LED芯片上生长ZnO纳米阵列,以提高LED芯片的出光效率。

通过改变生长溶液中氨水及锌离子浓度实现对纳米阵列结构形貌的可控性,进而得到不同形貌的ZnO纳米阵列。在此基础上,进一步研究纳米结构形貌对LED芯片出光性能的影响,探讨纳米结构增强LED芯片发光效率的机理。

3.1ZnO纳米阵列的微观结构左图为生长溶液中氨水浓度对纳米ZnO阵列形貌的影响.可以发现,随着氨水浓度增大,纳米阵列长度明显变短.这是由于氨水浓度较高时,溶液中较高浓度的OH–离子降低Zn(NO3)2·6H2O的水解反应速率,从而降低纳米ZnO阵列的生长速率。3.2LED芯片的电学性能LED芯片在不同氨水浓度溶液中生长ZnO纳米阵列后的I-V曲线LED芯片在不同Zn2+浓度溶液中生长ZnO纳米阵列后的I-V曲线从上两图可以看出在不同浓度的氨水及不同浓度Zn2+下生长ZnO纳米阵列,LED芯片的电学性能没有显着变化,都维持着很好的整流特性，其原因为:在生长ZnO纳米阵列之前生长了一层致密籽晶层,该籽晶层可以沿衬底表面形成导电通道,从而在一定程度上降低了器件的电阻,但是由于ZnO薄膜电阻较大,对于电流的增加贡献较小,所以正向电流的增加不太明显.由此可见,ZnO纳米阵列并不会对LED芯片的电学性能产生显着影响.