半导体光电子学知识讲稿.ppt

蓝光LED发光效率研究;目录;1、蓝光LED简介;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;2.2倒装芯片技术;2.3生长分布布拉格反射层(DBR)结构;2.4表面粗糙化技术;3、ZnO 纳米阵列增强大功率蓝光 LED 出光效率的研究;3.1 ZnO 纳米阵列的微观结构;3.2 LED 芯片的电学性能;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. ;3.3 LED 芯片的光学性能;为了进一步研究 LED 芯片的电致发光性能, 研 究了表面长有纳米阵列的 LED 芯片与参照 LED 芯 片的发光强度随电流关系曲线如左图 . 可以看出, 各电流下纳米阵列 LED 芯片的发光强度都高于未 生成纳米阵列的 LED 芯片, 并且 LED 芯片的发光 强度随电流增加基本保持线性增加, 说明纳米阵列 在增强 LED 芯片出光效率的同时, 不会对器件稳定 性造成明显影响. ;3.4结论;4、微纳米结构增强LED发光效率;几种比较常见的提高光提取效率的方法： 1.改变LED芯片的几何形状，如下所示球形结构和锥形结构 2.倒装结构，如下所示的薄层倒装结构 但上述两种方法在加工制作上极难实现。 ;3.表面微/纳米结构 光以一定的角度射向分界面是，当大于一定角度时发生全内反射，而小于此角度形成了光逃逸锥。只有落入逃逸锥中的光才对光提取有贡献。而表面微/纳米结构正是利用了光逃逸锥使更多的光发射出去。 （1）.表面粗化是最容易实现的一种方法，光在粗糙界面上随机反射来破坏光的直线传播路径，从而让更多的光逃离半导体平板，如下图所示 这种结构不受入射角影响，并使反射的光重新发布。但???果十分有限，光的可控性差，结果难于预测。 ; （2）.图形蓝宝石衬底 图形化蓝宝石衬底可以降低GaN9F延层生长时产生的位错密度，增加内量子效率。此外，图形蓝宝石衬底还可以散射光，使得原本发生全内反射的光有机会逃出器件外，能有效增加LED光提取效率。 如右图分别是微米金字塔结构和纳米金字塔结构。 ;（3）.光子晶体 利用光子晶体的光子禁带和衍射效应提升光提取效率。光子晶体的刻蚀深度与晶格常数是影响LED光提取效率的重要参数。实验证明三角晶格光子晶体更有利于增加光提取效率，这是由于三角晶格具有更好的特性。 结论：使用表面粗化/羽化和光子晶体的复合结构可以相当程度的提升光提取效率从而提高蓝光LED的发光效率。 ;参考文献