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高外量子效率氮化镓基发光二极管芯片结构设计

作　者: 吴廷伟
导　师: 周治平
学　校: 华中科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 发光二极管(LED) 氮化稼(GaN) 外量子效率反射镜二元闪耀光栅垂直结构
分类号: TN312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 71次
引　用: 1次
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内容摘要

近年来,氮化镓基发光二极管(LED)飞速发展,而氮化镓基LED的效率和性能超过磷化铟、砷化镓系列LED,逐步独占LED的市场。LED越来越多应用于照明和显示领域,例如信号灯指示灯,全彩色显示,室外景观照明及室内通用照明。这些用途都需要大功率、高效率的LED。LED芯片的出光效率取决于外量子效率和内量子效率两者的乘积,现在氮化镓基LED的内量子效率已经可以达到80%以上,而外量子效率还很低,所以国内外现在都致力高外量子效率LED芯片的研究。本论文提出了三种方案提高氮化镓基LED芯片外量子效率:本论文采用有限时域差分(FDTD)方法证实了,设计了一种二氧化硅-银微结构作为氮化镓基LED芯片的反射镜,其能提高芯片的外量子效率。该反射镜在蓝光波段反射率在94.5%以上,反射率要优于银和光子晶体反射镜。同时使用该结构做LED芯片的反射镜,能避免其他反射镜的一些缺点,在芯片制造工艺和成本上具有一定的优势。本论文还设计了一种二元闪耀光栅作为短波长LED芯片的反射镜,可以提高芯片的外量子效率。严格耦合波分析法(RCWA)模拟表明,通过沉积并刻蚀二氧化硅产生二元闪耀光栅结构,该反射镜在光波长300纳米到450纳米之间平均反射率在93.5%以上,可以提高短波长LED芯片的外量子效率。本论文设计了一种新型垂直结构LED的工艺实现方案,引入键合工艺,使得蓝宝石衬底可以减薄到10微米以下,干法刻蚀蓝宝石衬底成为可能。本结构散热性、刻蚀工艺控制性、电流注入效果会相对有所改善,芯片尺寸可以做到1毫米*1毫米米以上,从而可以得到大功率LED芯片。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-13
  1.1 LED简介  9
  1.2 LED发展历程及现状  9-10
  1.3 LED应用前景  10-12
  1.4 氮化镓基LED简介  12-13
2 LED芯片外量子效率概述  13-24
  2.1 氮化镓基LED的外量子效率  13-15
  2.2 提高LED芯片外量子效率的方法  15-21
  2.3 高外量子效率LED芯片最新进展  21-22
  2.4 本论文的工作  22-24
3 二氧化硅-银微结构LED反射镜设计  24-37
  3.1 有限时域差分算法（FDTD）简介  24-27
  3.2 二氧化硅-银微结构反射镜结构简介  27-28
  3.3 微结构反射镜设计与优化  28-36
  3.4 本章小结  36-37
4 应用于短波长LED的二元闪耀光栅反射镜设计  37-48
  4.1 严格耦合波分析法（RCWA）简介  37-39
  4.2 二元闪耀光栅反射镜结构简介  39-43
  4.3 二元闪耀光栅反射镜设计与优化  43-47
  4.4 本章小结  47-48
5 新型垂直结构LED工艺研究  48-56
  5.1 氮化镓基垂直结构LED简介  48-51
  5.2 新型垂直结构LED结构设计  51-54
  5.3 新型垂直结构LED讨论  54-55
  5.4 本章小结  55-56
6 总结与展望  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-63
附录攻读学位期间发表论文目录  63

高外量子效率氮化镓基发光二极管芯片结构设计

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