具有纳米凹坑氧化铟锡的LED光提取效率的提高

书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
纳米级3D打印有助于揭示萤火虫秘密以提高LED
效率
【中国技术前沿】宾夕法尼亚州立大学的科学家创造了一种新型的发光二极管(LED)灯泡，可以改变我们照亮家庭的方式。

新型LED的设计模仿了萤火虫在自然界中使用的结构，可以在降低电费的同时提率。

纳米级3D打印有助于揭示萤火虫秘密以提高LED效率
“LED灯泡在清洁能源中起着关键作用。

”电气工程教授
Stuart(Shizhuo)Yin表示。

“目前整体商用LED效率仅为50%左右。

其中一个主要问题是如何提高所谓的LED光提取效率。

我们的研究重点是如何从LED中获取光线。

”萤火虫和LED在释放它们产生的光时面临类似的问题，因为光可以向后反射并丢失。

LED的一种解决方案是用微观投影对表面进行纹理化，称为微结构，允许更多光线逃逸。

虽然LED灯上的微结构是对称的，但萤火虫灯上的微结构却不对称。

研究人员注意到萤火虫灯笼上的微结构是不对称的，两侧以不同的角度倾斜，呈现出不平衡的外观。

“我注意到萤火虫不仅在灯笼上有这些不对称的微结构，而且还发
现一种发光的蟑螂在其发光点上也有类似的结构，”陈长江说，电气工程
博士生和作者研究。

“这是我试图深入研究使用不对称结构的光提取效率的地方。

”
利用不对称金字塔创建微结构表面，该团队发现它们可以将光提取
效率提高到90%左右。

科学家们认为，不对称微观结构可以通过两种方式增加光提取。

首先，不对称金字塔的较大表面积允许光与表面的较大相互
专注下一代成长，为了孩子。

第42卷第4期2021年4月激光杂志LASER JOURNALVol.42,No.4April,2021 GaN基LED芯片的光效提升研究崔悦J许英朝'J刘春辉2,林苗茜-李洋洋-陈浩I'厦门理工学院电气工程及其自动化学院，厦门361024；2厦门理工学院光电与通信工程学院，厦门361024；'厦门理工学院福建省光电技术与器件重点实验室，厦门361024摘要:GaN基LED芯片具有制备工艺简单、低成本、良率高等优点，提高LED芯片的出光效率已成为国内外专家的研究重点。

采用tracepro软件，并基于蒙特卡洛法对ITO表面具有微孔结构的LED芯片的光萃取效率进行模拟仿真，相比ITO层没有微孔结构的LED芯片，有微孔结构的LED芯片的光萃取效率有明显的提升。

通过光刻技术和湿法蚀刻技术制备ITO厚度为30nm的LED芯片，在ITO层制作周期微结构。

通过光电性检测，在通入20mA电流时，相比IT0层没有微孔结构的LED芯片，有微孔结构的LED芯片样品的输出光功率分别提高3.9%、6.76%和4.66%,并在此基础上优化了的电极结构，使电流密度分布均匀得到有效提升。

关键词:LED芯片；ITO；tracepro；微孔结构中图分类号:TN383文献标识码：A doi：10.14016/ki.jgzz.2021.04.031Research ofluminous efficiency of GaN-based LED chip improvementCUI Yue',XU Yingchao2'3,LIU Chunhui2,LIN Miaoqian1,LI Yangyang1,CHEN Hao1 1School of Electrical Engineering and Automation Xiamen University of Technology,Xiamen361024,China；2School of Optoelectronics and Communication Engineering,Xiamen University of Technology,Xiamen361024,China；3Fujian Key Laboratory of Optoelectronic Technology and Devices,Xiamen University of Technology,Xiamen361024,ChinaAbstract:The GaN-based light-emitting diodes(LED)have been comprehensively studied because of the bene­fits of easy preparation,reasonable cost and high production.The Monte Carlo method was simulated the light extrac­tion efficiency of GaN-based LED chips by Tracepro software.The simulation of LED chips results shows that the mi­cropore structure availably promotes the light output efficiency of LED chips.LED chips of the ITO layer with a thick­ness of30nm were fabricated by photolithography and wet etching.The experiment results show that the light output power of LED chips with different microporous structure undercurrent of20mA increased by3.9%, 6.76%and 4.66%compared with the LED chip with no microporous structure in the ITO layer.It is firmed that the periodic mi­crostructure in the ITO layer can availably promote the output optical power of LED.The uniformity of the current den­sity distribution was promoted by the electrode structure optimised.Key words:LED chip；ITO；tracepro；microstructure收稿日期：2020-ll-15基金项目：福建省自然科学基金面上项目(No.2019J01876)；福建省教育厅中青年教师教育科研项目资助省属高校专项(No.JK2017036)；厦门市科技计划项目(No.3502Z20183060)；厦门市科技计划重大项目(No.3502ZCQ20191002)作者简介:崔悦(1995-),女，在读硕士生，主要研究方向为智能照明电器与光电子器件。

SnO2二氧化锡纳米颗粒应用于太阳能电池可有效提升太阳能发电效率能源危机一直是一个老生常谈的话题，开发新型可再生能源和提高能源的利用率才是生产与发展的长久之计。

其中太阳能的发展受到全球研究人员的瞩目，因为太阳能取自太阳，对人类而言可谓取之不尽用之不竭，但太阳能到电能或化学能的转化效率一直为人所诟病，这也是发展太阳能技术的一大瓶颈。

研究太阳能电池就离不开半导体。

通常，颜色越透明，导电性能越好，半导体的性能就越优良。

我们生活中经常可以见到透明材料，例如玻璃，塑料等等；也有许多的半导体例如二氧化硅、二氧化钛。

但是，唯一不常见的就是既透明又能导电的材料，这二者一直无法完美地结合在一起，直到二氧化锡纳米粒子（SNO2）走入科学家们的眼中。

近期，研究人员发现二氧化锡这种材料兼具透明和良好的导电性能，是一种绝佳的半导体材料。

迁移率是衡量半导体性能好坏的重要指标，它与物质内部电子的移动速度息息相关。

二氧化锡中的锡和氧以离子键的方式结合在一起。

研究人员发现，二氧化锡薄膜中的电子迁移率非常高，如此高的迁移速率使得二氧化锡能够兼备导电和透明的特性。

半导体是制造计算机芯片和太阳能电池板的基础。

据悉，这种材料的发展将会应用于下一代LED灯、光伏太阳能电池板或触敏显示技术。

实际上，自1960年以来二氧化锡就开始在工业上应用，包括气体传感器和太阳能设备的透明电极。

二氧化锡内部电子的高流动性使其成为这些应用产品的必备材料。

对于大多数应用而言，电子的流动性越高越有利。

但唯一不足的是，二氧化锡只有在大块的晶体中才会表现出如此高的电子迁移率，从而兼具透明状态和高导电性。

研究人员表示，二氧化锡在薄膜中表现出的迁移率最高。

对二氧化锡来说，提高迁移率不仅可以提高材料的导电能力，而且还可以提高材料的透明度。

半导体越透明，透过的光就越多。

基于这一点，将其应用于太阳能电池简直最合适不过。

研究人员将二氧化锡制作成薄膜后发现，这种薄膜可透过的波段包括可见光和近红外光（太阳能能量的主要集中区域），这对于光伏太阳能电池板的转换率有很大的益处，大大提升了太阳能电池板的功率。

LED外延结构及材料特性分析_最终版引言：LED（Light Emitting Diode，发光二极管）作为一种半导体器件，近年来得到了广泛的应用和发展。

LED的外延结构和所使用的材料对其性能起着至关重要的作用。

本文将重点分析LED的外延结构及所使用的材料特性，并探讨其对LED性能的影响。

一、LED的外延结构LED的外延结构是指LED的多层薄膜结构，通常由衬底、外延层和上电极组成。

1.衬底材料：衬底材料对LED性能有着重要的影响。

常见的衬底材料有蓝宝石、氮化铝等。

其中，蓝宝石是质量最好的衬底材料之一，其热膨胀系数与外延层材料相匹配，有利于减小材料之间的应变。

而氮化铝衬底具有良好的导热性能和热稳定性，在高功率LED器件中应用较广。

2.外延层材料：外延层材料是LED中最重要的部分，直接影响到LED的光电转换效率。

常见的外延层材料有氮化镓（GaN）、磷化铟镓（InGaP）和砷化镓（GaAs）等。

其中，氮化镓是蓝光和绿光LED最常用的材料，具有优异的电子迁移率和光学特性；磷化铟镓则常用于红光和黄光LED，具有较大的能带间隙和较高的光电转换效率；砷化镓主要用于红外LED，其能带间隙比较适合红外光发射。

3.上电极：上电极是将电流注入到外延层材料中的重要部分，常见的上电极材料有透明导电氧化锡（ITO）和金属材料。

透明导电氧化锡通常用于制作透明的上电极，对于提高光输出有一定的帮助；金属材料如铝和银则常用于制作反射性上电极，有助于提高光提取效率。

二、LED材料的特性分析LED材料的特性包括电学特性、光学特性、热学特性和结构特性等。

1.电学特性：主要包括豫兆电压、电流密度和电导率等。

其中，豫兆电压是指在特定电流下，材料开始发光所需要的电压。

电流密度则是指通过材料单位面积的电流。

电导率是指材料的导电能力，影响LED的电流传输效率和导电功率损耗。

2.光学特性：主要包括发光效率、发光波长和色彩纯度等。

发光效率是指LED将电能转化为光能的效率，是衡量LED性能的一个重要指标；发光波长和色彩纯度则决定了LED发出的光的颜色和亮度，不同的外延材料和结构会导致不同的光学特性。