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高亮度LED存在的主要问题是发光效率不够高,不足以取代荧光灯。究其本质就是要提高LED的提取效率。因此,如何进一步提高发光二极管的提取效率,是提高LED发光效率的最佳途径。
本论文旨在研制一种新型薄膜AlGaInP基高亮度红光LED器件,重点针对材料特性、器件结构、工作原理以及制作工艺进行分析,优化结构和工艺制备过程,从而大幅度提高红光LED的外量子效率,进一步提高红光LED的发光效率。
首先,论文对LED器件的材料特性作了简要说明,论述了LED的发光机理,从理论上对高亮度多量子阱(MQW)结构LED进行了分析。通过对比双异质结结构的有源区,详细剖析了MQW LED的优点,深入地分析了量子阱中载流子的输运机制,并简单介绍了LED的重要的电学以及光学特征参数。
其次,研制了新型薄膜全方位反射AlGaInP基高亮度红光LED器件。针对此新型结构特点,提出相符合的工艺制备方法,制备出具有高反射率全方位反射镜的薄膜AlGaInP LED,并测试其光、电性能参数。优化工艺制备过程以及版图设计,重点研究ODR反光镜,键合,GaAs衬底的剥离等关键工艺。
再次,论文中模拟了几种常用ODR反光镜结构的反射率,并运用实验方法进行了验证。分析了ODR反光镜的反射率的退火温度特性并在理论上给出符合实际的解释。利用计算机模拟方法,根据光传输矩阵的相关公式,模拟计算了对应不同波长下的SiO2/Au、铟锡氧化物(Indiuim Tin Oxide,ITO)/Au的反射率变化,模拟与实验结果基本一致。针对模拟器件制备中常用的几种ODR结构,对于LED器件就A1/SiO2,Al/ITO,Au/SiO2,Au/ITO构成的ODR结构,对应不同波长,不同退火温度下对于反射率的影响进行了研究。并且用实验的方式进行了验证。并分析了此结果的产生的原因。
最后,研制了背面粗化的新型薄膜全方位反射AlGaInP基高亮度红光LED器件。研究实际的背面粗化的工艺制备方法,制备出实际的背面粗化的红光LED器件。讨论了不同粗化颗粒大小对于LED器件亮度影响,以及背面粗化的关键工艺进行了讨论。对制作出的器件进行电学和光学测试,通过与常规的ODR-LED测试结果表明粗化背面的ODR-LED的光输出明显高于常规ODR-LED的特性。在20mA下,背面粗化的ODR-LED的光强可以达到230mcd,而背面光滑的高亮度红光LED的光强为175.2mcd,提高了30.1％。