微-納米結構增強GaN基LED器件光取出效率的研究.pdf

1、發(fā)光二極管（LED）固體照明因其節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢而逐漸替代傳統(tǒng)光源，在全球激起一場照明革命。GaN基LED不僅廣泛應用于戶外顯示屏、液晶顯示器背光源、城市景觀和交通信號燈等領域，還是白光LED的核心組成部分，因此研究GaN基LED器件具有重要的現實意義。因GaN與外界的高折射率差而導致的低光取出效率是限制GaN基LED發(fā)光效率的重要障礙之一，一直以來倍受關注。
　　 本論文通過在GaN基LED器件上制備微米和納米結構以提高LED的

2、光取出效率，從理論和實驗上對微米/納米結構的形成及其對LED光取出效率的影響進行了研究分析，主要獲得了以下研究成果。
　　 （1）提出通過在GaN基LED的ITO透明電極表面生長ZnO納米棒陣列以提高LED光取出效率的方法。在實驗前建立了相應的GaN基LED的三維數值模型，利用蒙特卡羅光跡追蹤法對ZnO納米棒陣列的取光效果進行了仿真評估，相對于無ZnO納米棒陣列的LED，獲得了69.4％光輸出功率的增加，驗證了ZnO納米棒陣列對

3、LED光取出效率的增強作用。
　　 （2）研究分析了水熱法生長ZnO納米棒陣列工藝中種子層、反應溶液pH值和襯底表面對ZnO納米棒陣列形貌、覆蓋率和光學特性的影響。利用醋酸鋅溶液作為反應溶液，在85oC或90oC的恒溫水浴加熱條件下，在GaN基LED的ITO電極表面生長ZnO納米棒陣列，獲得60.6％的光功率輸出增加。同時，通過在圖形ITO電極上生長ZnO納米棒陣列，從實驗和理論上分析討論了ZnO納米棒形貌和排列對其取光效果的影

4、響。
　　 （3）提出通過直接在GaN基LED背面藍寶石襯底上制備三維反射鏡以改進LED的光取出效率的方法。建立了GaN基LED和微結構陣列三維反射鏡的三維數值模型，利用蒙特卡羅光跡追蹤法對該三維背反射鏡增強GaN基LED光取出效率的效果進行分析評估，相對于平面背反射鏡LED，獲得了29.6％的光輸出增加，證明了該三維反射鏡可以增強GaN基LED的光取出效率。
　　 （4）分析討論了濕法腐蝕藍寶石以制備藍寶石微結構的工藝