藍光LED發光效率研究

小組成員：張天一201421240310

許劍華201422240316

孟一心201421240308目錄藍光LED簡介1提高LED發光效率方式2ZnO納米陣列增強大功率藍光LED出光效率的研究3微納米結構增強藍光LED發光效率的研究41、藍光LED簡介藍光LED就是發藍顏色光的發光二極管特點：節能、壽命長、亮度高構成原理：電子和空穴之間的能量（帶隙）越大，產生的光子的能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色對應，由于不同的材料具有不同的帶隙，從而能夠發出不同顏色的光。2014年度諾貝爾物理學獎授予日本名古屋大學的赤崎勇，天野浩以及美國加州大學圣巴巴拉分校的中村修二，以表彰他們在發明一種新型高效節能光源方面的貢獻，即藍色發光二極管(LED)。2、提高LED發光效率方式

2.1改變芯片外形的技術改變光線的傳輸方向，使光從正面射出，光亮度更為集中，從而亮度獲得提升。如此一來，便可增加光的側壁全反射機率，其結果如圖所示。這樣便可使器件的發光亮度更為集中，從而亮度獲得提升2.2倒裝芯片技術Lumileds公司報道，采用倒裝焊技術在大功率AlInGaN基芯片上的應用，避免了電極焊點和引線對出光效率的影響，改善了電流擴散性和散熱性，背反射膜的制備將傳向下方的光反射回出光的藍寶石一方，進一步提升出光效率，外量子效率達21％，功率換效率達20％(20mA，435nm)，最大功率達至400mW(驅動電流1A，435nm，芯片尺寸lmm*lmm)，其總體發光效率比正裝增加1.6倍。2.3生長分布布拉格反射層(DBR)結構通過外延技術生長具DBR層的GaN基芯片，DBR是兩種折射率不同的材料周期交替生長的層狀結構，它在有源層和襯底之間，能夠將射向襯底的光反射回表面或側面，可以減少襯底對光的吸收，提高出光效率。2.4表面粗糙化技術表面粗糙化主要是將那些滿足全反射定律的光改變方向，繼而在另一表面或反射回原表面時不被全反射而透過界面，并能起防反射的功能。2.5光子晶體技術淺二維表面柵格光子晶體可避免對有源區的損傷和在光子晶體制備過程導入太多表面損傷，引發內量子效率的下降，同時又能發揮光子晶體的衍射效應，改變光的入射角而提升出光效率1.7~2.7倍，制作過程涉及電子束光刻或其他刻蝕工藝。3、ZnO納米陣列增強大功率藍光LED出光效率的研究

原理：采用低成本的化學溶液法在大功率GaN基藍光LED芯片上生長ZnO納米陣列,以提高LED芯片的出光效率。

通過改變生長溶液中氨水及鋅離子濃度實現對納米陣列結構形貌的可控性,進而得到不同形貌的ZnO納米陣列。在此基礎上,進一步研究納米結構形貌對LED芯片出光性能的影響,探討納米結構增強LED芯片發光效率的機理。

3.1ZnO納米陣列的微觀結構左圖為生長溶液中氨水濃度對納米ZnO陣列形貌的影響.可以發現,隨著氨水濃度增大,納米陣列長度明顯變短.這是由于氨水濃度較高時,溶液中較高濃度的OH–離子降低Zn(NO3)2·6H2O的水解反應速率,從而降低納米ZnO陣列的生長速率。3.2LED芯片的電學性能LED芯片在不同氨水濃度溶液中生長ZnO納米陣列后的I-V曲線LED芯片在不同Zn2+濃度溶液中生長ZnO納米陣列后的I-V曲線從上兩圖可以看出在不同濃度的氨水及不同濃度Zn2+下生長ZnO納米陣列,LED芯片的電學性能沒有顯著變化,都維持著很好的整流特性，其原因為:在生長ZnO納米陣列之前生長了一層致密籽晶層,該籽晶層可以沿襯底表面形成導電通道,從而在一定程度上降低了器件的電阻,但是由于ZnO薄膜電阻較大,對于電流的增加貢獻較小,所以正向電流的增加不太明顯.由此可見,ZnO納米陣列并不會對LED芯片的電學性能產生顯著影響.