引言

最近，氮化鎵基藍色、綠色和紫外線發(fā)光二極管取得了巨大進展。這些氮化物基發(fā)光二極管也有可能用于固態(tài)照明。然而，為了實現(xiàn)固態(tài)照明，需要進一步提高這些發(fā)光二極管的輸出效率。眾所周知，氮化鎵基發(fā)光二極管的光提取效率主要受到氮化鎵薄膜和周圍空氣折射率差異大的限制。光子從氮化鎵薄膜中逃逸的臨界角由斯內(nèi)爾定律決定。角度對于發(fā)光二極管的光提取效率至關重要。

本文通過化學濕法刻蝕工藝制備了背面粗糙的氮化鎵基發(fā)光二極管，提高了光提取效率。穩(wěn)定的晶體蝕刻面形成為氮化鎵面。當近紫外和藍色發(fā)光二極管以20 mA的正向電流工作時，發(fā)光二極管的輸出功率從13.2和24.0毫瓦。不同的增強比歸因于濕法刻蝕后N面氮化鎵襯底上的六角錐導致的透射率隨波長的變化。

結果和討論

為了了解RB-LED的濕蝕刻過程，我們還制備了具有不同濕蝕刻時間的氮化鎵襯底樣品。這些樣品也被定位到大約1.10米。圖2顯示蝕刻前(a)樣品I的30張瓷磚和(b)樣品III、(c)5分鐘：樣品III，(d)10分鐘：樣品IV、(e)樣品V30分鐘：樣品V和(f)60分鐘）SEM圖像。結果發(fā)現(xiàn)，用n面氮化鎵的化學蝕刻溶液可以觀察到錐體結構。結果表明，蝕刻時間的增加可以增加六角形金字塔的高度，降低六角形金字塔的密度。這些結果總結在表1。

表1 不同氫氧化鉀蝕刻時間下垂直深度和密度的金字塔結果

因為濕蝕刻過程是通過帶負電荷的羥基離子進行的，所以鎵面氮化鎵比氮面氮化鎵更穩(wěn)定，因為鎵極氮化鎵表面有帶負電荷的三懸掛鍵。在這項研究中，N面氮化鎵暴露在氮化鎵襯底的底部。因此，在芯片的底部會形成六角錐。通過暴露更多的OH離子來增加蝕刻時間，蝕刻過程不斷地發(fā)生反應。還發(fā)現(xiàn)蝕刻過程在氮化鎵層的六個面結束。

為了理解表面紋理如何影響光提取效率，進行了透射測量。圖3示出了在具有不同蝕刻時間的化學濕法蝕刻工藝之后，來自鎵面氮化鎵襯底的透射光譜作為波長的函數(shù)。樣品一、二、四和五的這些測量透射率樣品與掃描電鏡測量的相同，如圖3所示。透射強度是相對值。圖3(a)是沒有化學濕蝕刻工藝的氮化鎵襯底的透射率。發(fā)現(xiàn)405納米波長的透射率低于450納米波長。從450納米到405納米，透射率估計降低了18.3%，因為405納米波長接近氮化鎵帶隙，氮化鎵帶隙可能比450納米波長吸收更大。圖3(b)示出了具有不同化學濕法蝕刻時間的氮化鎵襯底的透射率。值得注意的是，透射率將強烈依賴于405納米波長總是大于450納米波長的透射率。

圖3 鎵面氮化鎵的透射光譜與波長的關系(a)沒有化學濕法蝕刻工藝，以及(b)具有各種化學濕法蝕刻時間

化學濕法刻蝕后，樣品二、四、五的405納米波長的透射值分別比450納米波長提高了9.1、6.8和6.3%。隨著濕法腐蝕時間的增加，增強率降低。換句話說，六邊形金字塔較小的垂直長度和較高的密度有利于405 nm波長處的透射率。因此，我們使用化學濕法蝕刻工藝來補償18.3%的透射率損失。相反，可以更好地提高405納米波長的透射值。

總結

綜上所述，我們提出并制備了具有粗糙背面氮化鎵襯底的氮化物基led。通過化學濕蝕刻過程，可以在n面形氮化鎵襯底中形成六角形金字塔。結果發(fā)現(xiàn)，蝕刻時間的增加可以增加六角金字塔的高度，降低六角金字塔的密度。與ST-LED相比，我們發(fā)現(xiàn)RB-LEDI和RB-LEDII可以將20mA的輸出功率分別提高94%和29%。此外，RB-LEDI的輸出功率比RB-LEDII大6.7%。與藍色發(fā)光二極管相比，n-UV發(fā)光二極管的較大改進歸因于化學濕法蝕刻工藝后六邊形金字塔作為波長的函數(shù)的不同透射率。

　　審核編輯：湯梓紅