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基于谐振腔效应的近紫外垂直结构LED光萃取效率优化

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发光学报 2016年第7期37卷 836-844页

作者：胡晓龙齐赵毅黄华茂王洪华南理工大学广东省光电工程技术研究开发中心广东广州510640 华南理工大学物理与光电学院广东广州510640 华南理工大学电子与信息学院广东广州510640

利用有限时域差分法研究近紫外垂直结构LED的光萃取效率的影响因素。结果显示,LED的光萃取效率随p-GaN层厚度的变化呈周期性振荡变化,在极大值点处的光萃取效率是极小值点处的4.8倍。进一步地,对上述振荡极大值点和极小值点的n-GaN层厚... 详细信息

利用有限时域差分法研究近紫外垂直结构LED的光萃取效率的影响因素。结果显示,LED的光萃取效率随p-GaN层厚度的变化呈周期性振荡变化,在极大值点处的光萃取效率是极小值点处的4.8倍。进一步地,对上述振荡极大值点和极小值点的n-GaN层厚度和表面光子晶体结构进行优化,优化的光萃取效率分别达到35.3%和24.7%,比优化前各提高了37.9%和280%。因此,合理的外延层和光子晶体结构可有效提高近紫外垂直结构LED的光萃取效率,这对实验制备高效近紫外垂直结构LED芯片具有一定的指导作用。

关键词：发光二极管光萃取效率近紫外光子晶体谐振腔效应

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不同四边形LED芯片光萃取效率仿真研究

电子元件与材料 2013年第11期32卷 71-73页

作者：杨义军胡珊朱骏扬州大学物理科学与技术学院

用Trace Pro光学仿真软件,研究了面积相同的正方形、长方形、菱形和梯形等4种四边形GaN基蓝光发光二极管(LED)芯片的光萃取效率。仿真结果表明在相同芯片面积(0.3 mm×0.3 mm),相同发光功率(0.2 W)的情况下,正方形,长方形,菱形,梯形的LE... 详细信息

用Trace Pro光学仿真软件,研究了面积相同的正方形、长方形、菱形和梯形等4种四边形GaN基蓝光发光二极管(LED)芯片的光萃取效率。仿真结果表明在相同芯片面积(0.3 mm×0.3 mm),相同发光功率(0.2 W)的情况下,正方形,长方形,菱形,梯形的LED芯片的光萃取效率分别为18.2%,18.1%,19.7%,20.2%。这表明不同的芯片形状对LED的光萃取效率影响显著。梯形芯片与通常使用的正方形芯片相比,光萃取效率提高约11.0%。这种提高LED光萃取效率的方法具有不改变LED制程过程,对生产成本与成品率没有影响的优点。

关键词：发光二极管 Trace Pro 光萃取效率形状四边形

表面微结构提高垂直结构GaN基LED光萃取效率的研究

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表面微结构提高垂直结构GaN基LED光萃取效率的研究

作者：李文彬华南理工大学

学位级别：硕士

垂直结构GaN基LED因为具有良好的散热性能和均匀的电流扩展,已成为了GaN基LED的研究热点。然而,垂直结构LED的制备工艺复杂且不成熟。本文在完善制备垂直结构LED关键工艺流程的同时,利用激光剥离图形化蓝宝石衬底技术和KOH湿法腐蚀,制... 详细信息

垂直结构GaN基LED因为具有良好的散热性能和均匀的电流扩展,已成为了GaN基LED的研究热点。然而,垂直结构LED的制备工艺复杂且不成熟。本文在完善制备垂直结构LED关键工艺流程的同时,利用激光剥离图形化蓝宝石衬底技术和KOH湿法腐蚀,制备了大功率垂直结构LED,并对此复合工艺提高外量子效率的机理进行了探究;对KOH湿法腐蚀的条件进行了优化并对具有表面微结构的垂直结构LED进行了蒙特卡洛仿真,进一步提高垂直结构LED的光萃取效率。采用激光剥离图形化蓝宝石衬底和KOH湿法腐蚀的复合工艺制备的垂直结构LED的光功率在20m A的注入电流下相比传统垂直结构LED提升了123.8%。通过分析电致发光光谱,证实KOH腐蚀能提高光萃取效率,而激光剥离图形化蓝宝石衬底能同时提升垂直结构LED的光萃取效率和内量子效率。同时发现,KOH粗化会加剧外量子效率下降,图形化蓝宝石衬底则通过降低量子阱的极化电场减缓外量子效率的下降。基于光电耦合模型的仿真模拟表明,由于粗化表面加剧了电流拥挤效应,所以表面粗化的垂直结构LED比未粗化的垂直结构LED的光萃取效率随着电流的增大下降的较快。对KOH腐蚀垂直结构LED进行条件优化研究。对于刻蚀平面VLED,使用80℃的浓度25%的KOH刻蚀LED 9min后,在100mA的注入电流下的光功率提升最大,达到164.28%;对于刻蚀剥离了图形蓝宝石衬底的VLED,使用100℃的浓度10%的KOH刻蚀6min后,在100mA的注入电流下的光功率提升最大,达到27.98%。利用蒙特卡洛光线追迹法对具有周期性表面微结构的VLED的光萃取效率进行了仿真。对比了不同形状周期性表面微结构对光萃取效率的影响,并提出了球冠和六棱锥的GaN结合表面复合微结构阵列,具有此复合表面微结构的垂直结构LED相对于表面平整的垂直结构LED光萃取效率提升了234.4%。

关键词：垂直结构LED 光萃取效率图形化蓝宝石衬底湿法腐蚀表面微结构

同方学位论文库评论

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发光二极管芯片侧面倾角对光萃取效率的影响

科学技术与工程 2013年第35期21卷 10496-10500页

作者：杨义军胡珊朱骏扬州大学物理科学与技术学院扬州光电材料与应用研究所扬州225002

通过TracePro光学仿真软件的模拟仿真,研究了不同侧面倾角对LED芯片光萃取效率的影响。建立了侧面倾角为0°、15°、30°以及45°,边长为300μm正方形LED芯片模型;并对其进行光输出仿真。结果表明改变LED芯片侧面倾角可以提高其光萃取... 详细信息

通过TracePro光学仿真软件的模拟仿真,研究了不同侧面倾角对LED芯片光萃取效率的影响。建立了侧面倾角为0°、15°、30°以及45°,边长为300μm正方形LED芯片模型;并对其进行光输出仿真。结果表明改变LED芯片侧面倾角可以提高其光萃取效率。当LED的侧面倾角从0°增加到45°时,光萃取效率呈现先增加,后减小的规律。在侧面倾角为30°时,光萃取效率最大,为20.6%;与垂直侧面LED相比,增加约13.2%。

关键词：发光二极管(LED) 光萃取效率 TracePro 侧面倾角光学仿真

GaN基Micro-LED的外量子效率研究

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半导体光电 2022年第3期43卷 522-528页

作者：杨杭黄文俊张胡梦圆林永红刘召军南方科技大学电子与电气工程系广东深圳518000

基于氮化镓材料的微型发光二极管(micro-LED)已逐渐成为可见光通信和下一代显示器等许多光电器件的主要发光源。由非辐射复合和量子限制斯塔克效应(QCSE)引起的低外量子效率(EQE)是微型发光二极管应用开发过程中的主要瓶颈。文章讨论了... 详细信息

基于氮化镓材料的微型发光二极管(micro-LED)已逐渐成为可见光通信和下一代显示器等许多光电器件的主要发光源。由非辐射复合和量子限制斯塔克效应(QCSE)引起的低外量子效率(EQE)是微型发光二极管应用开发过程中的主要瓶颈。文章讨论了微型发光二极管低EQE的成因,分析了其物理特性,并提出了改善其EQE的优化方法。

关键词：光萃取效率内量子效率外量子效率微型发光二极管尺寸效应

高反射率电极及n-GaN表面粗化的InGaN/GaN多量子阱LED的研制

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半导体光电 2015年第3期36卷 382-385页

作者：林秀其柳铭岗杨亿斌任远陈扬翔向鹏陈伟杰韩小标藏文杰林佳利罗慧廖强张佰君中山大学物理科学与工程技术学院光电材料与技术国家重点实验室广州510275

采用高反射率的Cr/Al/Pd/Au作为LED的p-GaN和n-GaN金属电极,替代低反射率的Cr/Pd/Au电极,减小了金属电极对光的吸收,使入射到高反射率金属电极的光经过反射后增加了出射概率,提高了光萃取效率。通过进一步粗化n-GaN表面,抑制了n-GaN/空... 详细信息

采用高反射率的Cr/Al/Pd/Au作为LED的p-GaN和n-GaN金属电极,替代低反射率的Cr/Pd/Au电极,减小了金属电极对光的吸收,使入射到高反射率金属电极的光经过反射后增加了出射概率,提高了光萃取效率。通过进一步粗化n-GaN表面,抑制了n-GaN/空气界面的光全反射,提高了光萃取效率。实验结果表明,在350mA电流下,采用高反射率的Cr/Al/Pd/Au电极的LED相比传统电极LED光输出增加了14.3%;结合n-GaN表面粗化,LED的光输出则增加了35.3%。

关键词：高反射率电极表面粗化光萃取效率

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GaN基光子晶体LED的制备与性能研究

GaN基光子晶体LED的制备与性能研究

作者：施伟华南理工大学

学位级别：硕士

可见光通信具有保密性好、传输速率高、无电磁辐射、环保安全等优点,可以作为缓解频谱资源紧缺的一种通信方案,是目前研究的前沿技术和热点。GaN基LED芯片是可见光通信的关键器件,在照明领域已实现商业化。商用LED芯片狭窄的带宽限制了... 详细信息

可见光通信具有保密性好、传输速率高、无电磁辐射、环保安全等优点,可以作为缓解频谱资源紧缺的一种通信方案,是目前研究的前沿技术和热点。GaN基LED芯片是可见光通信的关键器件,在照明领域已实现商业化。商用LED芯片狭窄的带宽限制了可见光通信系统的整体带宽。光子晶体结构能影响光子寿命和光子在空间传播的行为,进而改变LED芯片的带宽和光萃取效率。因此研究光子晶体LED具有重要的意义。论文采用FDTD Solutions软件详细研究了光子晶体正装LED和光子晶体倒装LED的Purcell因子和光萃取效率。通过优化光子晶体的周期、占空比和高度等参数,提高了LED芯片的Purcell因子和光萃取效率。仿真结果表明:光子晶体正装LED的Purcell因子和光萃取效率呈现反相关的变化趋势,而光子晶体倒装LED的Purcell因子和光萃取效率呈现正相关的变化趋势;光子晶体倒装LED在周期400nm,占空比0.3,光子晶体高度400nm时Purcell因子达到1.81,比平片提高37%,光萃取效率为68%,比平片提高32.3%;与正装结构相比,倒装结构光子晶体对芯片光萃取效率和Purcell因子的提升更明显。采用纳米压印技术制备出周期400nm-800nm的光子晶体LED芯片,并进行了荧光寿命测试和拉曼测试,其形貌较好,图案分布均匀,刻蚀深度均匀,讨论了光子晶体结构对光子寿命和应力的影响。测试结果表明:拉曼散射谱显示各个周期的光子晶体LED的拉曼谱峰值都比平片高,InGaN材料模信号峰位的移动表明光子晶体结构使得外延层的应力得到一定释放;荧光寿命测试发现,刻蚀光子晶体结构的样品光子寿命明显减小,Purcell因子明显增大,与仿真结果趋势一致。其中周期400nm四方排列的光子晶体LED最优,其光子寿命仅0.621ns。

关键词： LED 光子晶体 Purcell效应光萃取效率