具有图形化Al 背面反射镜的GaN 基LED 芯片

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2014.08.003

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2014, Vol. 42 ›› Issue (8): 14-20.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2014.08.003

具有图形化Al 背面反射镜的GaN 基LED 芯片

黄华茂胡金勇王洪^†

华南理工大学物理与光电学院//广东省光电工程技术研究开发中心，广东广州 510640

收稿日期:2014-02-27 修回日期:2014-05-09 出版日期:2014-08-25 发布日期:2014-07-01
通信作者: 王洪(1964-)，男，博士，教授，主要从事微纳光电子材料与器件、光通信网络研究． E-mail:phhwang@scut.edu.cn
作者简介:黄华茂(1982-)，男，博士，助理研究员，主要从事微纳光电子集成、LED 外延芯片设计与制备研究． E-mail:schhm@scut．edu．cn
基金资助:
国家“863”计划项目( 2014AA032609) ; 广东省战略性新兴产业发展专项资金资助项目( 2010A081002009，2011A081301004， 2012A080302003) ; 华南理工大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( 2013ZM093， 2013ZP0017)

GaN-Based Light-Emitting Diode Chip with Patterned Al Backside Ｒeflector

Huang Hua-mao Hu Jin-yong Wang Hong

School of Physics and Optoelectronics,South China University of Technology / /Engineering Ｒesearch Center forOptoelectronics of Guangdong Province,Guangzhou 510640,Guangdong

Received:2014-02-27 Revised:2014-05-09 Online:2014-08-25 Published:2014-07-01
Contact: 王洪(1964-)，男，博士，教授，主要从事微纳光电子材料与器件、光通信网络研究． E-mail:phhwang@scut.edu.cn
About author:黄华茂(1982-)，男，博士，助理研究员，主要从事微纳光电子集成、LED 外延芯片设计与制备研究． E-mail:schhm@scut．edu．cn
Supported by:
国家“863”计划项目( 2014AA032609) ; 广东省战略性新兴产业发展专项资金资助项目( 2010A081002009，2011A081301004， 2012A080302003) ; 华南理工大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( 2013ZM093， 2013ZP0017)

摘要/Abstract

摘要： 图形化反射镜能提高LED 芯片的光提取效率．在蓝宝石衬底背面制备三角周期排列的微米尺寸SiO₂ 圆台形结构，再沉积金属Al，构成图形化反射镜．基于Monte Carlo光线追迹方法的三维光学仿真表明，相比平面反射镜，图形化Al 反射镜可使芯片光提取效率提升7.5%．实验测试结果表明，输入电流为20mA 时，相比平面反射镜，图形化Al 反射镜可提升芯片输出光功率8.4%，而芯片的电学性能无恶化．基于有限元方法的二维热力学仿真讨论表明，图形化反射镜有利于芯片获得更低的温度和热应力，且微结构附近的应力集中对芯片性能的影响可忽略．

关键词: 图形化反射镜, LED 芯片, 出光效率, 热应力

Abstract:

Patterned reflectors can improve the light-extraction efficiency of light-emitting diode ( LED) chips.Inthe investigation,a triangular lattice of the micro-scale SiO₂-cone array was placed on the backside of a sapphiresubstrate,and then the metal Al was deposited on the lattice,so that a patterned reflector was built.Three-dimensionalsimulation results obtained through the Monte Carlo ray tracing method show that,as compared with the planemirror,the SiO₂-cone patterned Al backside reflector can improve the light-extraction efficiency of LED chips by7.5%.Experimental results indicate that,when the injection current is 20mA,the LED samples with the patternedreflector achieve a light-output power increase by 8.4% without the degradation of the electrical performance,incomparison with those with plane mirrors.It is found from the two-dimensional finite-element thermodynamic simulationsthat the pattern reflector helps to achieve lower chip temperature and smaller chip thermal-stress in comparisonwith the plane mirror.In addition,the thermal stress concentration in the vicinity of micro-structures has littleeffect on the performance of LED chips.

Key words: patterned backside reflector, light-emitting diode chip, light-output efficiency, thermal stress

中图分类号:

TN312+.8

黄华茂胡金勇王洪. 具有图形化Al 背面反射镜的GaN 基LED 芯片[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2014, 42(8): 14-20.

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具有图形化Al 背面反射镜的GaN 基LED 芯片

GaN-Based Light-Emitting Diode Chip with Patterned Al Backside Ｒeflector

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