大功率AlGaInP薄膜LED的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作.pdf

1、作為在國(guó)際上受到普遍重視的光電子器件--發(fā)光二極管（LED），它以體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在通訊、交通、大屏幕顯示等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在市場(chǎng)需求與技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)之下，發(fā)光二極管的研制和應(yīng)用得到了較快的發(fā)展。隨著其亮度的不斷提高，很多有關(guān)它的應(yīng)用還在不斷地被挖掘出來。特別是隨著全色超高亮度LED的實(shí)用化和商品化，照明技術(shù)面臨一場(chǎng)新的革命。盡管這種新型照明固體光源的初期成本依然偏高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，如果超高亮度LED的生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)

2、大，成本進(jìn)一步降低，其在節(jié)能和長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)足以彌補(bǔ)其價(jià)格偏高的劣勢(shì)。目前，高質(zhì)量的AlGaInP LED其內(nèi)量子效率可達(dá)到90％以上，但外量子效率卻十分低。本論文研究了制作AlGaInP薄膜LED的關(guān)鍵工藝，并成功制備了大功率AlGaInP薄膜LED。
　　 AlGaInP薄膜LED關(guān)鍵工藝的研究。其中包括Au/Sn鍵合層的制作，鍵合工藝的研究，反光鏡的制作，GaAs襯底的剝離等。通過對(duì)不同鍵合界面材料的彈性模量，熱膨脹系數(shù)，熔

3、點(diǎn)，熱導(dǎo)率的分析，選擇Au80Sn20作為鍵合層材料，使用共濺射方法成功制備了Au80Sn20鍵合層。使用低溫共熔鍵合的方法，在280℃下成功完成了GaAs外延片和Si片的鍵合。制作了金屬反光鏡，網(wǎng)格反光鏡，全方位反光鏡，分析了不同反光鏡對(duì)LED性能的影響。研究了GaAs襯底的剝離方法，通過實(shí)驗(yàn)確定了剝離GaAs襯底的溶液和剝離時(shí)間，提高了AlGaInP薄膜LED的成品率。
　　 表面粗化的研究。LED內(nèi)部產(chǎn)生的光出射時(shí)，會(huì)在半

4、導(dǎo)體與空氣的光滑界面發(fā)生大量的全反射，但從粗糙的界面出射全反射就能得到較大的抑制。本文采用了濕法化學(xué)腐蝕的方法來獲取粗糙的表面形貌。對(duì)比了不同腐蝕液粗化出的表面形貌，討論了粗化時(shí)間和粗化顆粒對(duì)LED器件亮度的影響，并對(duì)背面粗化的關(guān)鍵工藝進(jìn)行了討論。通過光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡觀察和測(cè)試來選取最利于光出射的表面形貌。實(shí)驗(yàn)證實(shí)：N-AlGaInP電流擴(kuò)展層形成深度為0.5-1μm的類金子塔型尖峰，且側(cè)壁坡度在45°至60°之間時(shí)，對(duì)出光效率的提

5、高最多。對(duì)制作出的器件進(jìn)行電學(xué)和光學(xué)性能測(cè)試，通過與光滑表面的薄膜LED光電性能對(duì)比，表明粗化后的薄膜LED的光強(qiáng)明顯高于常規(guī)薄膜LED的特性。在20mA下，背面粗化的薄膜LED的光強(qiáng)可以達(dá)到199mcd，而背面光滑的高亮度紅光LED的光強(qiáng)為130mcd，提高了52％。
　　 制作大功率AlGaInP薄膜LED。討論了影響發(fā)光二極管提取效率的因素，總結(jié)提高發(fā)光二極管光提取效率的方法。介紹了制作大功率AlGaInP薄膜LED的制作

6、工藝。通過與常規(guī)的AlGaInP LED對(duì)比以及DBR-LED的特性進(jìn)行對(duì)比，在350mA時(shí)，未粗化表面的薄膜LED比常規(guī)LED的光強(qiáng)提高了106％，光功率提高了109％。指出AlGaInP發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)外延生長(zhǎng)是關(guān)鍵，反光鏡的質(zhì)量是影響ODR-LED光提取效率的重要因素。說明薄膜LED相對(duì)于常規(guī)LED有效提高了發(fā)光強(qiáng)度和出光效率。使用相同的外延片制作了具有不同反光鏡薄膜LED。其中，ODR LED光強(qiáng)及發(fā)光效率最高，可以得出ODR反光