发光二极管光取出原理及的方法.ppt

4 表面粗化技术 光波在密度均匀介质中传播时，次波相干迭加的结果是遵循几何光学定律的光线。 机理：将LED的表面做得适当粗糙，其粗糙尺度大约在出射光的半波长，当光射到这个不均匀的媒体介质表面时，即使在角度大于临界角的情况下，光线也不一定被全反射，射到表面的光以一定概率以随机的角度散射出来 目的：透射率的增加被认为是表面粗糙化的主要功能,优化的表面粗糙(430nm球状起伏表面)可使出光效率达到54%. ITO表面粗化工艺是:用光刻胶对部分ITO表面进行保护，接着用等离子体干法刻蚀对ITO表面进行粗化。 实例：ITO表面粗化对出光效率的影响 从图中的数据可以看出在相同的条件下，表面粗化的LED芯片的发光强度明显高于传统的LED芯片。 在20mA的驱动电流下，表面粗化的LED芯片的发光强度大约为 120mcd，但传统的LED芯片大约只有70mcd。ITO薄膜的表面粗化工艺使LED芯片的发光强度提高了70%。 由于采用的是相同的外延片，因此表面粗化的LED芯片和传统的LED芯片具有相同的内量子效率。从而，可以推断出，LED芯片的表面粗化工艺提高了芯片的出光效率。 当上述芯片用环氧树脂封装成LED灯时，表面粗化过的LED同传统的相比仍然具有更高的发光强度，以及光的空间分布角度更大。环氧树脂的折射率为1.5，而ITO的折射率为1.9。由于折射率的不同，粗化的ITO表面可以改变从LED到环氧树脂的光路。这种光路的改变可以减少光在界面的内反射几率。 　键合剥离技术 AlGaInP和AlGaInN基二极管外延片所用的衬底分别为GaAs和蓝宝石,它们的导热性能都较差.为了更有效地散热和降低结温,可通过除掉原来用于生长外延层的衬底,将外延层键合转移到导电和导热性能良好的衬底上,如铜、铝、金锡合金、氮化铝等. 采用金属键合技术制备InGaAlP/Si衬底照明LED芯片是一种价廉而有效的方式. 制作工艺过程主要包括以下步骤: (1)在LED外延片的顶部淀积栅格状的欧姆接触层和高反射率的金属层. 为了在560—650nm波长范围内获得较高的反射率,可以选择Au, Al或Ag金属材料; (2)将焊料层淀积在Si衬底上; (3)通过低温焊料层将带有金属反射层的外延片键合到硅衬底上; (4)采用化学腐蚀或机械研磨加化学腐蚀的方法将吸光的GaAs衬底去掉; (5)在新裸露的底部淀积欧姆接触并退火. Osram利用外延片键合剥离技术移去具有吸光性的GaAs衬底材料外,又在键合界面制备倒装金字塔形微观反射结构和表面微结构,提升界面反光效率和正面出光效率,其618nm芯片的发光效率可达96—98lm/W,Wall-Plug效率为33% ,在70mA驱动电流下,单芯片可发出12lm的光. 　Osram倒装金字塔形微观反射结构AlInGaP基芯片 蓝宝石衬底剥离技术 键合剥离技术主要由3个关键工艺步骤完成: (1)在外延表面淀积键合金属层如Pd 100nm,以及在键合底板上如Si底板表面淀积一层1000nm的铟; (2)将外延片低温键合到底板上; (3)用KrF脉冲准分子激光器照射蓝宝石底面,使蓝宝石和GaN 界面的GaN 产生热分解,再通过加热(40℃)使蓝宝石脱离GaN. 　AlGa InN基LED芯片键合剥离关键工艺步骤 2003年,Osram运用键合、激光剥离、表面微结构化和使用全反射镜等技术途径,使其必威体育精装版研发的ThinGaN TO－PLED芯片出光效率达到75% ,在20mA 驱动电流下,发光功率已达13mW ( 470nm) ,封成的白光二极管发光效率大于50lm/W,是传统芯片的3倍. 大功率照明LED芯片在350mA 驱动电流下,芯片的发光功率达182mW (470nm) ,封成白光二极管后,产生43lm,发光效率约40lm/W. 如果将芯片键合到Cu片上,再激光剥离蓝宝石衬底,可使散热能力提高4倍. Si的热导率比GaAs和蓝宝石都好,而且易于加工,价格便宜,是功率型芯片的首选材料. 2 发光二极管光取出原理及方法 2.1 发光二极管光取出原理 电光转换效率(Wall-plug Efficiency)：半导体发光二极管的辐射发光效率，是光的输出功率于输入电流功率之比。 Popt:光输出功率；Cex：光取出效率；I与V分别为加在LED两端的电流和电压。 因此，在输入功率一定的情况下，要改进电光转换效率就要改进内部量子效率和高的光取出效率。 光在产生和辐射过程中的损失 一般平面结构的LED都生长在具有光吸收功能的衬底上，以环氧树脂圆顶形封装。这种机构光取出效率可能低至4％左右。 原因：一是电流分布不当以及光被材料本身吸收；二是不易从高折射率的半导体传至低折射率的空气 影响光取出效率的三个原因 1，材料本身的吸