利用表面粗化技术提高发光二极管的出光效率081113
表面粗化对GaN基LED光电性能的影响
表面粗化对GaN基LED光电性能的影响摘要：本文利用了湿法腐蚀对蓝光LED外延片进行了表面粗化。
研究了粗化温度、粗化浓度以及不同药液对LED器件的相关性能的影响，分别对I-V特性曲线、亮度和主波长进行了测试，比较了不同粗化条件的LED亮度和电流特性变化。
测试结果表明温度为60℃浓度20%的KOH溶液中，腐蚀60s得到的LED芯片平均发光效率较同等条件下多加2.38%浓度显影液的器件提高了32.45%，发光效率达到要求。
关键词：表面粗化；湿法腐蚀；GaN基蓝光LED；发光效率1引言近几年发光二极管的发展越来越迅速，但GaN基蓝光LED低下的外量子效率对其在半导体照明领域里的发展限制也越来越明显。
本论文主要针对如何提高蓝光LED的发光效率进行了研究。
通过对GaN基蓝光LED的表面粗化，改变了满足光全反射定律的光传播方向，提高了LED的出光效率。
2表面粗化原理表面粗化采用湿法刻蚀，湿法刻蚀是一种传统的刻蚀方法[1-2]。
具有操作简单、设备要求低、易于批量生产、蚀刻选择性好等优点。
但化学反应的各向异性较差，横向钻孔得到的刻蚀轮廓为圆弧[3]。
这不仅改变了图形的轮廓，而且使精确控制图形变得困难。
湿蚀刻的另一个问题是掩模在溶液中容易被破坏，特别是在较高的温度溶液中，这使得掩模无效。
因此，对于只有在这种条件下才能蚀刻的薄膜，必须采用更复杂的掩模方案。
湿法腐蚀早期用NaOH溶液来对GaN进行腐蚀，然而大量的实验表明NaOH溶液、的腐蚀速率很慢，而N极性氮化镓腐蚀比Ga极性氮化镓腐蚀更有效。
因此，本实验利用LED晶片的垂直结构来腐蚀N极性氮化镓。
因为Ga极性的GaN表面在KOH溶液中的化学性质非常稳定,几乎不被蚀刻，这是因为Ga极性面最外面的Ga原子被溶液中的OH-离子反应掉后，露出的N原子具有3个带负电的悬挂键，这三个悬挂键对OH-离子具有排斥作用，阻止了蚀刻的迸一步发生。
而N极性的n-GaN表面附近的Ga原子被OH-离子反应掉之后，此时，暴露的N原子只有一个带负电荷的挂键。
利用自组装掩膜技术提高发光二极管的出光效率的开题报告
利用自组装掩膜技术提高发光二极管的出光效率的开题报告1. 研究背景与意义随着LED技术的发展，其在照明、显示、通信等领域的应用越来越广泛。
但是，在发光二极管(LED)中，一部分发光效率会因为材料缺陷、界面反射、能带结构、波长扩散等因素而被散失，这会导致LED的发光效率较低。
因此，提高LED的发光效率，尤其是提高外量子效率（EQE），一直是LED研究的重点和热点问题。
而利用自组装掩膜技术提高LED的出光效率，是一个新的研究方向，也是本文的研究目的。
2. 研究内容和方法本文首先介绍了自组装掩膜技术在提高LED出光效率方面的研究进展，包括掩膜类型、工艺流程、掩膜对LED光电性质的影响等方面。
其次，设计了对比实验，将传统的LED制备工艺和利用自组装掩膜技术制备LED的工艺进行比较分析。
最后，利用荧光显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等表征手段，对制备的LED进行材料组成、微观结构等方面的表征。
3. 预期结果和意义预期结果是利用自组装掩膜技术制备的LED在外量子效率方面比传统制备的LED 具有更好的效果。
此外，通过对比实验和表征手段，可以进一步探究掩膜对LED光电性质的影响，为改进和优化LED制备工艺提供理论依据和实验基础。
本研究成果具有推动LED研究和产业发展的意义，也对光电材料自组装技术的应用和发展起到促进作用。
4. 参考文献[1] Dood, M. J., & Wolf, S. A. (2013). Self-assembled organic materials for optoelectronic applications. Chemical Society Reviews, 42(19), 7761-7775.[2] Zhang, L., Wang, X., Sun, W., Wang, C., Liu, X., & Liu, K. (2018). Enhanced photoluminescence of ZnO nanorods by self-assembled TiO2 quantum dots as light scattering centers. Journal of Luminescence, 203, 431-438.[3] Li, S., Li, J., Zhao, J., & Li, H. (2014). Effect of self-assembled monolayer alignment on the performance of organic light-emitting diodes. Applied Surface Science, 293, 17-23.[4] Wang, J., & Bu, X. (2016). Engineering photonic crystals for improved light extraction in light-emitting diodes. Journal of Materials Chemistry C, 4(12), 2249-2261.。
表面粗化提高红光LED的光提取效率
半 导体 发光 二极 管 （ Ｅ 是 目前使 用最 广 泛 的 Ｌ Ｄ） 半 导 体 发光 器 件 ， 交通 灯 、 色显 示 、 在 全 数码 产 品指 示 灯 、 晶显 示 和 日常 照 明 中 都 发 挥 着 重 要 的 作 液 用 ｎ。 ］ 但是 目前 一般 的 Ａ１ ＩＰ基红 光 Ｌ Ｄ 发 光效 Ｇａｎ Ｅ 率 在 １ 以下 Ｌ ， 大部 分 的 电 能 不 能 以可 见 光 的 Ｏ ２绝 ］ 形 式发 射 到 Ｌ Ｄ外 部 ， 真 实 现 半 导 体 照 明 ， 需 Ｅ 要 还
ｃ ｌ ｎ ｒ ｃｉａｌ ． ａ ｌ ａ ｄ ｐ ａ ｔ ｌｙ ｙ ｃ
Ｋ ｅ ｒ ｓ：ＬＥＤ ；ｓ ｒ ａ ｅ ｒ ｕｇ ｅ ｎｇ； ａ ；ｗｅ ｔ ｈ ｎｇ；ｅ ｔ ａ ｔｏ ｆ ｉ ｉｎｃ ｙ ｗｏ ｄ ｕ ｆ ｃ — ｏ ｈ ｎｉ Ｇ Ｐ ｔｅ ｃ ｎｉ ｘ ｒ ｃ ｉ ｎ ｅ ｆｃ ｅ ｙ ＥＥＡＣＣ ： ２ ０ ５６
ｏ ｏｕ ｆｒ ｇｈｎ ｓ ｎｈａ ｃ ｎｇ ｒ ｄ ＬＥＤ ’ ｘｔ ｒ ｌｑ ｎ ｕｍ ｆｉｉ ｎｃ ｓ ｄ ｍｏｎ ｔ ａ ｅ ｔ ｈｅ ｒ ｔ— ｅ ｓｏｎ ｅ ｎ ｉ ｅ Ｓｅ ｅ ｎａ ｕａ ｔ ｅ ｆｃｅ ｙ ｉ ｅ ｓ ｒ ｔ ｄ ｂｏ ｈ ｔ ｏ ｅ ｉ
ｆｃ ｆａ ａ ｅｏ ｎ ＬＥＤ．Ｔｈ ｘ ｅ ｔ ｄ ｓ ｒａ ｅｍｏ ｐ ｏｏ ｙ ｉ ａ ｈｅ ｅ ｙ ｗｅ ｈ ｍ ｉａ ｔｈ ｎ ．Ｔｈ ｉｈ ｅｅ ｐ ｃｅ ｕ ｆｃ ｒ ｈ ｌ ｇ ｓ ｃ ｉｖ ｄ ｂ ｔ ｅ ｃ ｌ ｃ ｉ ｇ ｃ ｅ ｅｌｇ ｔ
摘 要 ： 绍 了 通 过 出 光 表 面 粗 糙 化 来 减 少 全 反 射 的 方 法 ， 验 中 使 用 化 学 湿 法 腐 蚀 的技 术 获 得 预 计 的粗 糙 形 介 实
提高发光二极管出光效率的新方法
提高发光二极管出光效率的新方法*邓琛,徐晨**,徐丽华,邹德恕,蒋文静,戴天明,李晓波,沈光地(北京工业大学北京市光电子技术实验室,北京100124)摘要:利用高分子共混物的微相分离和自组装原理,制备出具有纳米微孔的PMMA薄膜,以此为掩膜对发光二极管(LED)表面进行湿法腐蚀,得到表面微结构,并研究了腐蚀时间对表面形貌的影响。
测试结果表明,当微孔直径在500nm左右、腐蚀深度约140nm时,所得到的表面微结构能使LED在20mA的注入电流下光功率平均提高18%。
关键词:表面微结构;自组装;发光二极管(LED);出光效率中图分类号:TN383文献标识码:A文章编号:100520086(2009)0520580203A new approach to enhance the extraction efficiency of LEDD ENG Chen,XU Chen**,XU Li2hua,Z OU De2shu,JIANG Wen2jing,DAI Tian2ming,LI X iao2bo,SH EN Guang2di(Beijing University of Technology,Bei jing Optoelectronic Technology Laboratory,Beiji ng100124,China)Abstract:Based on the mic ro2phase separation and self2assembly of polymer blends,a mask,in whic h many nano2holes distribute regularly,is developed from PS/PMMA ble nd film to fabricate mic rostruc2 ture on GaP surface by wet etching.By employing this method on LED surface,when the diameter of the nano2holes in mask is around500nm and the etch depth is140nm,the LED output powe r inc reases by 18%in average.Ke y words:mic rostructure;self2assembly;light emit ting diode(LED);extrac t ion efficiency1引言在世界能源普遍缺乏和绿色环保观念日益提升的今天,发光二极管(LED)成为最受关注的光源之一。
表面织构对红光LED发光的影响
第29卷 第7期2008年7月半 导 体 学 报J OU RNAL O F S EMICOND U C TO RSVol.29 No.7J uly ,20083北京市属市管高等学校人才强教计划,国家自然科学基金(批准号:60407009),北京市自然科学基金(批准号:4032007)及北京市教委资助项目 通信作者.Email :davidsung 1983@ 2007212224收到,2008201222定稿Ζ2008中国电子学会表面织构对红光L ED 发光的影响3宋小伟 李建军 韩 军 邓 军 陈依新 孙 昊 蒋文静 沈光地(北京工业大学光电子技术实验室,北京 100022)摘要:运用蒙特卡罗法模拟二维红光L ED 表面织构对L ED 光提取效率的影响.模拟了不同形状的表面织构对应的光强变化率.选取刻蚀深度为4μm 、腐蚀宽度为2μm 、倾角为40°、周期为2μm 的表面图形对L ED 进行粗化实验.结果显示,引入表面织构后光强比常规L ED 提高了20156%;并对模拟结果与实验结果进行了分析,结果表明引入表面织构可以有效地提高L ED 的光提取效率.关键词:表面织构;蒙特卡罗;发光二极管PACC :0710C中图分类号:TN 31218 文献标识码:A 文章编号:025324177(2008)07213652041 引言近几年,Al Ga I n P 高亮度发光二极管(light e mit 2ti ng diode ,L ED )得到了广泛应用,在各种显示系统、照明系统、汽车尾灯等领域起着越来越重要的作用.以(Al x Ga 12x )0.5I n 0.5P 材料作为有源区的L ED 具有较高的内量子效率[1].然而,一方面由于高亮度红光L ED 的外延是在GaAs 衬底上进行的,GaAs 材料对红光是吸收的,使得出光效率很低.于是人们引入分布式布拉格反射镜(dist ribute d B ragg ref lect or ,DB R )、全方位反射镜(om ni 2directionally ref lect or ,O D R )来反射有源区到衬底间的光,避免被衬底吸收.另一方面作为正面出光窗口层的半导体材料的折射率很大,全反射临界角很小,大多数的光都被全反射到器件内部,经过多次反射后可能被器件完全吸收,这也是L ED 出光效率很低的主要原因之一.为了提高L ED 的出光效率,研究人员采用表面粗化技术,对L ED 表面进行粗化处理,通过改变光线的出射角度,使得光线有可能出射到器件外,从而提高L ED 的出光效率.本文运用蒙特卡罗的模拟方法研究表面结构对L ED 特性的影响.蒙特卡罗方法就是模拟光子的统计特性,即在有源区某点产生许多个2π立体角内均匀分布的光子,统计最终出射到芯片外的光子数,其核心思想是跟踪光子的运动轨迹和决定光子的生存状态并判断光子与介质作用后的行为,如:吸收、反射、透射等,根据一定的判定条件选择跟踪反射还是透射光线,直到光子被吸收或者离开器件,才终止对这个光子的跟踪,再跟踪下一个新产生的光子,如此反复,记录下这些离开器件的光子出射方向及位置,便可以得到L ED 的发光特性[2,3].2 理论分析2.1 器件模型本文模拟的二维红光L ED 器件结构,是在n 2GaAs 衬底上利用MOCVD 外延生长技术生长了n 2Al GaInP ,p 2Al Ga InP 限制层,多量子阱有源区层和p 2GaP 窗口层.如图1所示,GaP 层采用腐蚀与刻蚀方法周期性制作如图2所示的表面图形.半 导 体 学 报第29卷图3 光的反射与折射Fig.3 Reflection and ref raction of light在模拟L ED的发光过程中,做如下假设:(1)由自发辐射的工作原理,可以认为L ED在有源区内产生的光子在2π立体角度内均匀分布,强度是均匀的.(2)发射的光为单色光,即λ(波长)为一定值.(3)假设有源区是没有厚度的一个发光面.(4)假设s光、p光各占50%.2.2 光学理论运用于模拟计算的理论是菲涅尔公式,作为自然界中最普遍的光学理论,可以用来解决大多数的光学问题,它适合于计算光线作用尺寸远远大于光的波长的现象.菲涅尔公式描述如下[4]:s为入射光由折射率为n1的介质入射到折射率为n2的介质中,在界面处发生反射,反射光线为r,反射角为θ1,在折射率为n2的介质中发生折射,折射光线为t,折射角为θ2,n为入射面法线方向,如图3所示.反射系数与折射系数由(1)～(4)式描述:R s=si n2(θ1-θ2)si n2(θ1+θ2)(1)T s=sin2θ1si n2θ2si n2(θ1+θ2)(2)R p=ta n2(θ1-θ2)ta n2(θ1+θ2)(3)T p=sin2θ1si n2θ2si n2(θ1+θ2)cos2(θ1-θ2)(4)并且R s+T s=1R p+T p=1(5)其中 R s,T s,R p,T p分别为s光反射系数、s光透射系数、p光反射系数、p光透射系数.那么介质对光的反射率可通过下式表示:R=(1-δ2s)R p+δ2p R s(6)其中 δs,δp为分别为s,p光在偏振光中所占的比例.3 模拟过程本文采用MA TL AB语言编程,L ED的蒙特卡罗射线追踪法模拟流程图如图4所示.3.1 网格划分根据L ED结构及各层折射率划分网格,引入网格图4 模拟流程图Fig.4 Simulation flow chart变量led_grid(k)(k=1,2,3…),表示第k个网格,变量包括网格各点坐标、网格折射率,并且网格内的折射率为定值.3.2 光子产生引入光子变量p hot on(i)(i=1,2,3….),表示产生的第i个光子,变量包括光子坐标、光子状态参数P,并且当P=1(光子存活);P=0(光子被吸收)时运用假设(a),产生的光子均匀分布,分布角度为2πγ,γ为0～1均匀分布的随机数.引入光线变量ray(j)(j=1,2,3…),表示第j条光线,变量包括光线强度I、光线偏振向量e、光线位置向量r.初始化偏振向量为:e o=xe ox+ye yo(7)这里运用假设(d),假设p,s光各占50%.初始化位置向量:r o=xx o+yy o(8)初始化光强单位:I o=1(9)3.3 光子传输自由飞行的光子将与网格发生作用,除非光子被吸收,否则作用后的光子的位置向量为:r n+1=xx n+yy n(10)自由飞行的路程为:l n=|r n+1-r n|(11)自由飞行时间内光强的衰减规律为:6631第7期宋小伟等: 表面织构对红光L ED 发光的影响表1 材料参数Table 1 Material parametersThickness /μmRef ractive index nAbsorption coefficient [5]/cm -1Material h 1=83.3110-2p 2Ga P h 2=13.34102p 2Al GaIn P h 3=0.33.34102n 2Al GaIn P h 4=3004.0106n 2GaAs substrate图5 选定L m =4μm 时对应的图形倾角与光强增量的关系Fig.5 Relationship of t he light intensity increme nt w he n L m =4μm A n =exp (-αn l n )(12)3.4 光子与网格作用光子产生后必然与网格发生作用,每个网格代表一种介质,光子与介质的作用主要有反射、折射和吸收.判断它们的方法如下:(1)判断是否被吸收:P =1,ρP ≤A n (光子存活);P =0,ρp >A n (光子被吸收)其中 ρP 为0～1间指数分布的随机数;A n 为光子第n次飞行时的光强.(2)判断下一次跟踪反射还是折射光:ρf ≤R (光子被反射);ρf >R (光子透射)其中 ρf 为0～1间均匀分布的随机数;R 为反射率.最后根据光子与网格作用后的坐标来判断光子是否出射到器件外,记录下出射光子的方向和位置.再产生新的光子,如此循环,最后得到总的出射光子数.4 结果与讨论模拟所采用的材料参数如表1所示,模拟的光子数为105.不同形状对应的图形倾角与光强增量模拟结果如图5和图6所示.由图5和图6的模拟结果可知,在40°左右可以得到比较大的光强提高.选定L u =2μm ,L m =4μm ,α=40°、周期为2μm 的表面形状进行粗化实验,并对粗化处理后的L ED (未进行环氧树脂封装)进行光强分布测试,测试仪器为杭州远方仪器有限公司的L ED6202LED光强分布测试仪.测试结果如图7和图8所示.由表2可以得到:(1)正向电压升高了0102V ,原因是:粗化在GaP 层进行,Ga P 为高掺杂层,粗化后增加了GaP 层的电阻.(2)光强增加了20156%,与模拟结果相差15%左右,分析其原因:(1)由于进行了表面粗化,图8 粗化后的L ED 器件的光强分布Fig.8 L ED light intensity distribution with surface texture表2 常规L ED 与粗化后L ED 器件参数对比Table 2 Comparison of conventional L ED and L ED with surface texture常规L ED 器件粗化后L ED 器件工作电流/mA 19.9819.98正向电压/V 1.95 1.97轴向光强/mcd60.873.37631半 导 体 学 报第29卷破坏了原来的电流扩展作用,使电光转换效率降低了.(2)实验制作的表面图形与理论模型存在差异,腐蚀、刻蚀仪器的精度一般为5%左右.(3)在模拟过程中引入了一些假设来简化模拟过程,并且本文模拟的是二维器件模型,而实际的器件是三维结构的,这也使得模拟结果与实验结果产生偏差.5 结论通过对红光L ED表面粗化的模拟计算,分别得到腐蚀深度为4μm,腐蚀宽度为2μm,光强增量与图形倾角的变化关系,当倾角为40°±5°,光强可以提高30%以上,并且通过实验使L ED光强提高20156%.可见蒙特卡罗法可以很好地模拟L ED的发光特性,表面粗化可以有效地提高L ED的光提取效率,粗化的形状和尺寸直接影响着粗化后的结果.参考文献[1] Streubel K,Linder N,Wirt h R,et al.High brightness Al GaInPlight2emitting diodes.IEEE J Sel Topics Quantum Electron,2002,8(2):323[2] Lee S J.Analysis of light2emitting diodes by Monte Carlo photonsimulation.Appl Opt,2001,40(9):1430[3] Zabelin V,Zakheim D A,Gurevich S A.Efficiency improvement ofAl GaInN L EDs advanced by ray2tracing analysis.IEEE J QuantumElectron,2004,40(12):1675[4] Shi Shunxiang,Zhang Haixing,Liu Jinsong.Physical optics and ap2plied optics.Xi’an:Xi’an University of Electronic Science andTechnology Publisher,2000:28,279(in Chinese)[石顺祥,张海兴,刘劲松.物理光学与应用光学.西安:西安电子科技大学出版社,2000:28,279]E ffects of Surface T exture on the Light Emission of R ed L EDs3Song Xiaowei ,Li Jianjun,Han J un,Deng J un,Chen Y ixin,Sun Hao,Jiang Wenjing,and Shen Guangdi(Optoelect ronic Technology L aboratory,B ei j ing Universit y of Technolog y,B ei j ing 100022,China)Abstract:This p ap er will discuss t he influence of t he surf ace texture on t he op tical p rop erties of L EDs by using t he M onte Carlo met hod t o simulate two dimensional red L EDs.The surf ace texture,w hich has a4μm etching dep t h,2μm etching widt h,40degree ob2 liquity,a nd2μm cycle,is f ormed by che mical etching.The exp erime ntal result indicates t hat t he light2intensity increased by20156%. Af ter analyzing t he result of t his simulation a nd exp eriment,we conclude t hat t his met hod of int roducing t he surf ace texture has an eff ective imp act on t he light2inte nsity of L EDsK ey w ords:surf ace texture;M onte Carlo;light2e mitting diodePACC:0710CArticle ID:025324177(2008)07213652043Project supp orted by t he Talent Promoting Education Pla n of Beijing,t he National Natural Science Foundation of China(No.60407009),t he Natural Science Foundation of Beijing(No.4032007),a nd t he Beijing Municip al of Education CommissionCorresp onding aut hor.Email:davidsung1983@ Received24Dece mber2007,revised manuscrip t received22J anuary2008Ζ2008Chinese Institute of Elect ronics 8631。
表面粗化提高绿光LED的光提取效率
表面粗化提高绿光LED的光提取效率
李慧;李培咸;史会芳;赵广才
【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2010(23)6
【摘要】介绍了通过出光表面粗化减少全反射的方法.理论计算了以腐蚀坑为三角坑的最优尺寸.实验使用熔融KOH腐蚀绿光LED外延片获得预计的粗糙形貌,再通过常规工艺制成器件,结果给出不同表面做成器件的光强.实验证明经过表面粗化处理的器件,外量子效率提高了约25.7%.
【总页数】4页(P25-28)
【作者】李慧;李培咸;史会芳;赵广才
【作者单位】西安电子科技大学,技术物理学院,陕西,西安,710071;西安电子科技大学,技术物理学院,陕西,西安,710071;西安电子科技大学,技术物理学院,陕西,西安,710071;西安电子科技大学,技术物理学院,陕西,西安,710071
【正文语种】中文
【中图分类】TN305.2
【相关文献】
1.基于表面等离子激元的双金属光栅结构提高LED光提取效率的研究 [J], 王志斌;张骞;张健;刘丽君
2.表面粗化提高GaN基LED光提取效率的模拟 [J], 郑清洪;刘宝林;张保平
3.表面粗化提高GaN基发光二极管光提取效率的研究 [J], 冯异
4.利用ITO微纳结构提高石墨烯紫外LED光提取效率 [J], 江达飞;江孝伟;方晓敏
5.表面粗化提高红光LED的光提取效率 [J], 刘思南;邹德恕;张剑铭;顾晓玲;沈光地因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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利用表面粗化技术提高发光二极管的出光效率
中国半导体照明网
(2007-1-19)已有 人阅读此文
GaN 基材料在光电器件中的应用，得到了越来越多人的关注。由于近来 GaN 基发光二极管的亮度取
得了很大的提高，使得 GaN 基发光二极管在很多领域都取得了应用，例如交通信号灯、移动电话背光、
汽车尾灯、短距离通信、光电计算机互联等。但是由于非辐射缺陷的作用，使得 GaN 基发光二极管的内
量子效率在室温时，远远小于 100% 。此外，导致 GaN 基发光二极管外量子效率不高的原因很大程度上
在于氮化物外延层和空气的反射系数差异较大导致的全反射问题。根据报道， GaN 和空气的反射系数分
别是 2.5 和 1 。因此在 InGaN-GaN 活性区产生的光能够传播出去的临界角约为 23° 。这大大限制了
GaN 基发光二极管的外量子效率 [1] 。很多人在提高 GaN 基发光二极管的出光效率方面都做了很多工
作，方法也比较多。下面主要介绍一下利用表面粗化的办法来提高器件的出光效率。
Huang 等人 [2] 利用激光辐照的方法在传统的 IaGaN/GaN 发光二极管上部 p-GaN 表面形成纳米级
粗糙层。这里所说的传统的 GaN 发光二极管的结构为： 560 ℃ 生长 30nm 厚的 GaN 低温缓冲层，一
个 2μm 厚的未掺杂 GaN 层，一个在 1050 ℃ 生长的 1.5μm 厚的 n-GaN 层，一个包含 5 个循环的的
In 0.21 Ga 0.79 N 2nm /GaN 5nm 多量子井层，一个 0.3μm 厚的 p-GaN 层。并且采用表面粗化处理的器件
和传统器件采用相同的生长方法和步骤制备。经过表面粗化后， p-GaN 表面均方根粗糙度由 2.7nm 增加
到了 13.2nm 。结果显示，采用表面粗化处理的器件的在加上 20mA 电流时，亮度提高了 25% 。但是工
作电压从 3.55 降低到了 3.3V 。采用表面粗化处理的器件的系统电阻降低了 29% ，这是因为表面粗化后
增加了接触面积和经过激光辐照后，具有了更高的空穴浓度。
很多人 [3-7] 利用表面粗化来提高出光效率做了研究，主要利用的方法包括表面粗化、晶片键合和激
光衬底剥离技术等。但是这些研究都只把注意力放在了 GaN 基发光二极管顶部一个表面的粗化上。 W. C.
Peng 等人 [8] 对利用双层表面粗化来提高出光效率做了研究。 Wei chih peng 等人制备了三种 LED 器
件。如图 1 所示。其中 CV-LED 表示未作任何表面粗化处理的 LED 。 PR-LED 表示 p-GaN 进行粗化
处理的 LED 。 DR-LED 表示 p-GaN 层和 undoped-GaN 层进行粗化处理的 LED 。
图 1 ：器件结构示意图
这里 LED 的器件结构包括：蓝宝石衬底上在 550 ℃ 生长的缓冲层、一个在 1050 ℃ 生长的 2μm
厚的 undoped-GaN 层、一个在 1050 ℃ 生长的 2μm 厚的 n-GaN 层、一个在 800 ℃ 生长的，包含 6 个
循环的 InGaN(3 nm) /GaN(9 nm) 多量子井和一个在 950 ℃ 生长的 p-GaN 层。经过粗化处理的表面与未
处理之前的扫描电镜照片如图 2 所示。
图 2. 扫描照片结果 (a) 未经过处理的 p-GaN 表面 (b) 经过粗化处理的 p-GaN 表面 (c) 经过粗化处理
的 undoped-GaN 表面
未经过粗化处理前， p-GaN 表面的均方根粗糙度为 11.8nm 。而经过粗化处理的 p-GaN 表面的均方
根粗糙度达到了 71.6nm 。而经过粗化处理的 undoped-GaN 表面有很多三维的岛状结构。均方根粗糙度
达到了 91.9nm 。
经过表面粗化后，器件的性能并没有受到影响。在注入电流为 20mA 时， DR-LED 正面出光强度为
133mcd , 是未经粗化处理的器件的 2.77 倍。背面出光强度为 178mcd ，是 CV-LED 器件的 2.37 倍。这
是因为经过表面粗化后，可以给光子提供更多出射的机会，而且开始出射角度在临界角之外的光也可以通
过多次折射，最后进入临近角内，使器件获得更多的出光。
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