1、微电子学与固体电子学专业优秀论文 利用自组装掩膜技术提高发光二极管的出光效率关键词：发光二极管 表面微结构 自组装掩膜 湿法腐蚀 高分子共混物 出光效率摘要：自诞生以来，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为一种新型的发光体就倍受关注。特别是进入 21 世纪后，世界面临严重的能源、环境危机，而照明消耗了大量的电力资源，因此，有必要改进现有的照明设备，提高其效率。半导体照明作为一种新兴的照明技术，与传统的白炽灯或荧光灯照明相比，它具有电光转换效率高、体积小、寿命长、节能和安全环保等优点。国内外都非常关注这一领域的发展。 虽然在仪器状态指示灯、交通信号指示灯、背光源和景
2、观照明等领域，半导体照明技术已经得到广泛的应用，但在传统照明领域，由于 LED 的光提取效率问题、散热问题和相对昂贵的价格，使得半导体照明的应用受到局限。 本课题的工作在国家 863 项目和北京市人才强教计划项目的支持下进行，主要目的是提高 LED 的出光效率。首先，本文介绍了目前国内外在这方面的研究进展，分析了在 LED 表面制作微结构对其出光效率的影响；其次，介绍了表面微结构的制作方法，即半导体材料的蚀刻技术，分别采用ICP 等离子刻蚀技术和湿法腐蚀技术，进行了 GaP 材料的蚀刻规律研究：本文还在研究分子自组装技术的基础上，探索出一套制备高聚物可控自组装新型纳米掩膜的工艺方法；最后，采用
3、湿法腐蚀技术，利用高聚物掩膜在红光 LED 表面制作出微纳米结构，提高了 LED 的出光效率：为解决表面微结构给 LED 制作工艺带来的问题，对工艺流程进行了优化，最终使 LED 性能得到全面提升。主要开展工作如下： 1.高聚物可控自组装纳米掩膜的研究 研究了高聚物的自组装机理和微相分离原理，探索了高分子共混物及其单层薄膜的制备方法。以溶液共混和旋转涂膜的加工方法为基础，开发一套制备 PS/PMMA 自组装薄膜的工艺方法。研究了影响薄膜形貌的因素，如共混物溶液浓度、共混物组分配、旋涂速度以及工艺流程等，通过对这些因素的控制，实现了薄膜结构参数的调节。当 PS 和 PMMA 的质量比为 2：8
4、时，PS 呈微球状分散相，PMMA 呈连续相。当溶液浓度为 10m/ml 时，以 30004000rpm 转速旋涂，得到平均直径在300500nm 左右均匀分散的 PS 微球：当溶液浓度为 25mg/ml 时，以 4000rpm的转速旋涂，得到平均直径在 800nm 左右均匀分散的 PS 微球。改变 PS 和 PMMA质量比，可以实现相态转换。 利用环己烷对 PS 和 PMMA 的溶解度差异，对PS/PMMA 共混物薄膜进行再加工，得到了适用于半导体表面蚀刻的具有纳米微孔的 PMMA 掩膜。 2.GaP 表面形貌控制的研究 研究了湿法化学腐蚀和 ICP干法刻蚀对 GaP 材料的蚀刻规律。具体地
5、，在 ICP 刻蚀系统中采用 BCl3/Ar 刻蚀气体对 GaP 材料的刻蚀速率和刻蚀形貌进行了研究；采用盐酸和硝酸的混合水溶液(H2O：HCl：HNO3=2：3：1)作为腐蚀液，研究了常温下腐蚀液放置时间对腐蚀速率即 GaP 表面形貌的影响，当腐蚀液放置时间为 40min，腐蚀时间为60s 时，得到了与掩膜形貌基本相同的 GaP 表面。 3.利用可控自组装掩膜技术提高 LED 性能 以高聚物自组装形成的新型掩膜作保护，用湿法化学腐蚀的方法在红光 LED 外延片表面上制作微纳米结构。通过对具有不同表面形貌的LED 进行光功率、轴向光强和电流.电压特性测试，研究表面微结构对 LED 出光效率、电
6、学性能和物理结构性能等方面的影响。当所用掩膜中的纳米微孔直径在 500nm 左右，腐蚀深度为 140nm 时，LED 的出光效率平均提高了 18。 4.红光 LED 制作工艺优化 考虑到表面微结构结构降低 LED 电流扩展层的作用，并对原有的欧姆接触层造成一定破坏，增加后续工艺的难度，因此对工艺流程进行了优化，加入了一步生长 ITO 的工序。ITO 层能同时起到欧姆接触和电流扩展的作用，与 GaP 层的表面微结构相配合，还能降低接触电阻，从而降低LED 的工作电压，使其从原来的平均 2.06V 下降到平均 2.01V。正文内容自诞生以来，发光二极管(Light Emitting Diode，L
7、ED)作为一种新型的发光体就倍受关注。特别是进入 21 世纪后，世界面临严重的能源、环境危机，而照明消耗了大量的电力资源，因此，有必要改进现有的照明设备，提高其效率。半导体照明作为一种新兴的照明技术，与传统的白炽灯或荧光灯照明相比，它具有电光转换效率高、体积小、寿命长、节能和安全环保等优点。国内外都非常关注这一领域的发展。 虽然在仪器状态指示灯、交通信号指示灯、背光源和景观照明等领域，半导体照明技术已经得到广泛的应用，但在传统照明领域，由于 LED 的光提取效率问题、散热问题和相对昂贵的价格，使得半导体照明的应用受到局限。 本课题的工作在国家 863 项目和北京市人才强教计划项目的支持下进行，
8、主要目的是提高 LED 的出光效率。首先，本文介绍了目前国内外在这方面的研究进展，分析了在 LED 表面制作微结构对其出光效率的影响；其次，介绍了表面微结构的制作方法，即半导体材料的蚀刻技术，分别采用 ICP等离子刻蚀技术和湿法腐蚀技术，进行了 GaP 材料的蚀刻规律研究：本文还在研究分子自组装技术的基础上，探索出一套制备高聚物可控自组装新型纳米掩膜的工艺方法；最后，采用湿法腐蚀技术，利用高聚物掩膜在红光 LED 表面制作出微纳米结构，提高了 LED 的出光效率：为解决表面微结构给 LED 制作工艺带来的问题，对工艺流程进行了优化，最终使 LED 性能得到全面提升。主要开展工作如下： 1.高聚
9、物可控自组装纳米掩膜的研究 研究了高聚物的自组装机理和微相分离原理，探索了高分子共混物及其单层薄膜的制备方法。以溶液共混和旋转涂膜的加工方法为基础，开发一套制备 PS/PMMA 自组装薄膜的工艺方法。研究了影响薄膜形貌的因素，如共混物溶液浓度、共混物组分配、旋涂速度以及工艺流程等，通过对这些因素的控制，实现了薄膜结构参数的调节。当 PS 和 PMMA 的质量比为 2：8 时，PS 呈微球状分散相，PMMA 呈连续相。当溶液浓度为 10m/ml 时，以 30004000rpm 转速旋涂，得到平均直径在300500nm 左右均匀分散的 PS 微球：当溶液浓度为 25mg/ml 时，以 4000rp
10、m的转速旋涂，得到平均直径在 800nm 左右均匀分散的 PS 微球。改变 PS 和 PMMA质量比，可以实现相态转换。 利用环己烷对 PS 和 PMMA 的溶解度差异，对PS/PMMA 共混物薄膜进行再加工，得到了适用于半导体表面蚀刻的具有纳米微孔的 PMMA 掩膜。 2.GaP 表面形貌控制的研究 研究了湿法化学腐蚀和 ICP干法刻蚀对 GaP 材料的蚀刻规律。具体地，在 ICP 刻蚀系统中采用 BCl3/Ar 刻蚀气体对 GaP 材料的刻蚀速率和刻蚀形貌进行了研究；采用盐酸和硝酸的混合水溶液(H2O：HCl：HNO3=2：3：1)作为腐蚀液，研究了常温下腐蚀液放置时间对腐蚀速率即 GaP
11、 表面形貌的影响，当腐蚀液放置时间为 40min，腐蚀时间为60s 时，得到了与掩膜形貌基本相同的 GaP 表面。 3.利用可控自组装掩膜技术提高 LED 性能 以高聚物自组装形成的新型掩膜作保护，用湿法化学腐蚀的方法在红光 LED 外延片表面上制作微纳米结构。通过对具有不同表面形貌的LED 进行光功率、轴向光强和电流.电压特性测试，研究表面微结构对 LED 出光效率、电学性能和物理结构性能等方面的影响。当所用掩膜中的纳米微孔直径在 500nm 左右，腐蚀深度为 140nm 时，LED 的出光效率平均提高了 18。 4.红光 LED 制作工艺优化 考虑到表面微结构结构降低 LED 电流扩展层的
12、作用，并对原有的欧姆接触层造成一定破坏，增加后续工艺的难度，因此对工艺流程进行了优化，加入了一步生长 ITO 的工序。ITO 层能同时起到欧姆接触和电流扩展的作用，与 GaP 层的表面微结构相配合，还能降低接触电阻，从而降低LED 的工作电压，使其从原来的平均 2.06V 下降到平均 2.01V。自诞生以来，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为一种新型的发光体就倍受关注。特别是进入 21 世纪后，世界面临严重的能源、环境危机，而照明消耗了大量的电力资源，因此，有必要改进现有的照明设备，提高其效率。半导体照明作为一种新兴的照明技术，与传统的白炽灯或荧光灯照明相比，它
13、具有电光转换效率高、体积小、寿命长、节能和安全环保等优点。国内外都非常关注这一领域的发展。 虽然在仪器状态指示灯、交通信号指示灯、背光源和景观照明等领域，半导体照明技术已经得到广泛的应用，但在传统照明领域，由于 LED 的光提取效率问题、散热问题和相对昂贵的价格，使得半导体照明的应用受到局限。 本课题的工作在国家 863 项目和北京市人才强教计划项目的支持下进行，主要目的是提高 LED 的出光效率。首先，本文介绍了目前国内外在这方面的研究进展，分析了在 LED 表面制作微结构对其出光效率的影响；其次，介绍了表面微结构的制作方法，即半导体材料的蚀刻技术，分别采用 ICP等离子刻蚀技术和湿法腐蚀技
14、术，进行了 GaP 材料的蚀刻规律研究：本文还在研究分子自组装技术的基础上，探索出一套制备高聚物可控自组装新型纳米掩膜的工艺方法；最后，采用湿法腐蚀技术，利用高聚物掩膜在红光 LED 表面制作出微纳米结构，提高了 LED 的出光效率：为解决表面微结构给 LED 制作工艺带来的问题，对工艺流程进行了优化，最终使 LED 性能得到全面提升。主要开展工作如下： 1.高聚物可控自组装纳米掩膜的研究 研究了高聚物的自组装机理和微相分离原理，探索了高分子共混物及其单层薄膜的制备方法。以溶液共混和旋转涂膜的加工方法为基础，开发一套制备 PS/PMMA 自组装薄膜的工艺方法。研究了影响薄膜形貌的因素，如共混物
15、溶液浓度、共混物组分配、旋涂速度以及工艺流程等，通过对这些因素的控制，实现了薄膜结构参数的调节。当 PS 和 PMMA 的质量比为 2：8 时，PS 呈微球状分散相，PMMA 呈连续相。当溶液浓度为 10m/ml 时，以 30004000rpm 转速旋涂，得到平均直径在300500nm 左右均匀分散的 PS 微球：当溶液浓度为 25mg/ml 时，以 4000rpm的转速旋涂，得到平均直径在 800nm 左右均匀分散的 PS 微球。改变 PS 和 PMMA质量比，可以实现相态转换。 利用环己烷对 PS 和 PMMA 的溶解度差异，对PS/PMMA 共混物薄膜进行再加工，得到了适用于半导体表面蚀
16、刻的具有纳米微孔的 PMMA 掩膜。 2.GaP 表面形貌控制的研究 研究了湿法化学腐蚀和 ICP干法刻蚀对 GaP 材料的蚀刻规律。具体地，在 ICP 刻蚀系统中采用 BCl3/Ar 刻蚀气体对 GaP 材料的刻蚀速率和刻蚀形貌进行了研究；采用盐酸和硝酸的混合水溶液(H2O：HCl：HNO3=2：3：1)作为腐蚀液，研究了常温下腐蚀液放置时间对腐蚀速率即 GaP 表面形貌的影响，当腐蚀液放置时间为 40min，腐蚀时间为60s 时，得到了与掩膜形貌基本相同的 GaP 表面。 3.利用可控自组装掩膜技术提高 LED 性能 以高聚物自组装形成的新型掩膜作保护，用湿法化学腐蚀的方法在红光 LED
17、外延片表面上制作微纳米结构。通过对具有不同表面形貌的LED 进行光功率、轴向光强和电流.电压特性测试，研究表面微结构对 LED 出光效率、电学性能和物理结构性能等方面的影响。当所用掩膜中的纳米微孔直径在 500nm 左右，腐蚀深度为 140nm 时，LED 的出光效率平均提高了 18。 4.红光 LED 制作工艺优化 考虑到表面微结构结构降低 LED 电流扩展层的作用，并对原有的欧姆接触层造成一定破坏，增加后续工艺的难度，因此对工艺流程进行了优化，加入了一步生长 ITO 的工序。ITO 层能同时起到欧姆接触和电流扩展的作用，与 GaP 层的表面微结构相配合，还能降低接触电阻，从而降低LED 的
18、工作电压，使其从原来的平均 2.06V 下降到平均 2.01V。自诞生以来，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为一种新型的发光体就倍受关注。特别是进入 21 世纪后，世界面临严重的能源、环境危机，而照明消耗了大量的电力资源，因此，有必要改进现有的照明设备，提高其效率。半导体照明作为一种新兴的照明技术，与传统的白炽灯或荧光灯照明相比，它具有电光转换效率高、体积小、寿命长、节能和安全环保等优点。国内外都非常关注这一领域的发展。 虽然在仪器状态指示灯、交通信号指示灯、背光源和景观照明等领域，半导体照明技术已经得到广泛的应用，但在传统照明领域，由于 LED 的光提取效率问
19、题、散热问题和相对昂贵的价格，使得半导体照明的应用受到局限。 本课题的工作在国家 863 项目和北京市人才强教计划项目的支持下进行，主要目的是提高 LED 的出光效率。首先，本文介绍了目前国内外在这方面的研究进展，分析了在 LED 表面制作微结构对其出光效率的影响；其次，介绍了表面微结构的制作方法，即半导体材料的蚀刻技术，分别采用 ICP等离子刻蚀技术和湿法腐蚀技术，进行了 GaP 材料的蚀刻规律研究：本文还在研究分子自组装技术的基础上，探索出一套制备高聚物可控自组装新型纳米掩膜的工艺方法；最后，采用湿法腐蚀技术，利用高聚物掩膜在红光 LED 表面制作出微纳米结构，提高了 LED 的出光效率：
20、为解决表面微结构给 LED 制作工艺带来的问题，对工艺流程进行了优化，最终使 LED 性能得到全面提升。主要开展工作如下： 1.高聚物可控自组装纳米掩膜的研究 研究了高聚物的自组装机理和微相分离原理，探索了高分子共混物及其单层薄膜的制备方法。以溶液共混和旋转涂膜的加工方法为基础，开发一套制备 PS/PMMA 自组装薄膜的工艺方法。研究了影响薄膜形貌的因素，如共混物溶液浓度、共混物组分配、旋涂速度以及工艺流程等，通过对这些因素的控制，实现了薄膜结构参数的调节。当 PS 和 PMMA 的质量比为 2：8 时，PS 呈微球状分散相，PMMA 呈连续相。当溶液浓度为 10m/ml 时，以 300040
21、00rpm 转速旋涂，得到平均直径在300500nm 左右均匀分散的 PS 微球：当溶液浓度为 25mg/ml 时，以 4000rpm的转速旋涂，得到平均直径在 800nm 左右均匀分散的 PS 微球。改变 PS 和 PMMA质量比，可以实现相态转换。 利用环己烷对 PS 和 PMMA 的溶解度差异，对PS/PMMA 共混物薄膜进行再加工，得到了适用于半导体表面蚀刻的具有纳米微孔的 PMMA 掩膜。 2.GaP 表面形貌控制的研究 研究了湿法化学腐蚀和 ICP干法刻蚀对 GaP 材料的蚀刻规律。具体地，在 ICP 刻蚀系统中采用 BCl3/Ar 刻蚀气体对 GaP 材料的刻蚀速率和刻蚀形貌进行
22、了研究；采用盐酸和硝酸的混合水溶液(H2O：HCl：HNO3=2：3：1)作为腐蚀液，研究了常温下腐蚀液放置时间对腐蚀速率即 GaP 表面形貌的影响，当腐蚀液放置时间为 40min，腐蚀时间为60s 时，得到了与掩膜形貌基本相同的 GaP 表面。 3.利用可控自组装掩膜技术提高 LED 性能 以高聚物自组装形成的新型掩膜作保护，用湿法化学腐蚀的方法在红光 LED 外延片表面上制作微纳米结构。通过对具有不同表面形貌的LED 进行光功率、轴向光强和电流.电压特性测试，研究表面微结构对 LED 出光效率、电学性能和物理结构性能等方面的影响。当所用掩膜中的纳米微孔直径在 500nm 左右，腐蚀深度为
23、140nm 时，LED 的出光效率平均提高了 18。 4.红光 LED 制作工艺优化 考虑到表面微结构结构降低 LED 电流扩展层的作用，并对原有的欧姆接触层造成一定破坏，增加后续工艺的难度，因此对工艺流程进行了优化，加入了一步生长 ITO 的工序。ITO 层能同时起到欧姆接触和电流扩展的作用，与 GaP 层的表面微结构相配合，还能降低接触电阻，从而降低LED 的工作电压，使其从原来的平均 2.06V 下降到平均 2.01V。自诞生以来，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为一种新型的发光体就倍受关注。特别是进入 21 世纪后，世界面临严重的能源、环境危机，而照明消
24、耗了大量的电力资源，因此，有必要改进现有的照明设备，提高其效率。半导体照明作为一种新兴的照明技术，与传统的白炽灯或荧光灯照明相比，它具有电光转换效率高、体积小、寿命长、节能和安全环保等优点。国内外都非常关注这一领域的发展。 虽然在仪器状态指示灯、交通信号指示灯、背光源和景观照明等领域，半导体照明技术已经得到广泛的应用，但在传统照明领域，由于 LED 的光提取效率问题、散热问题和相对昂贵的价格，使得半导体照明的应用受到局限。 本课题的工作在国家 863 项目和北京市人才强教计划项目的支持下进行，主要目的是提高 LED 的出光效率。首先，本文介绍了目前国内外在这方面的研究进展，分析了在 LED 表
25、面制作微结构对其出光效率的影响；其次，介绍了表面微结构的制作方法，即半导体材料的蚀刻技术，分别采用 ICP等离子刻蚀技术和湿法腐蚀技术，进行了 GaP 材料的蚀刻规律研究：本文还在研究分子自组装技术的基础上，探索出一套制备高聚物可控自组装新型纳米掩膜的工艺方法；最后，采用湿法腐蚀技术，利用高聚物掩膜在红光 LED 表面制作出微纳米结构，提高了 LED 的出光效率：为解决表面微结构给 LED 制作工艺带来的问题，对工艺流程进行了优化，最终使 LED 性能得到全面提升。主要开展工作如下： 1.高聚物可控自组装纳米掩膜的研究 研究了高聚物的自组装机理和微相分离原理，探索了高分子共混物及其单层薄膜的制
26、备方法。以溶液共混和旋转涂膜的加工方法为基础，开发一套制备 PS/PMMA 自组装薄膜的工艺方法。研究了影响薄膜形貌的因素，如共混物溶液浓度、共混物组分配、旋涂速度以及工艺流程等，通过对这些因素的控制，实现了薄膜结构参数的调节。当 PS 和 PMMA 的质量比为 2：8 时，PS 呈微球状分散相，PMMA 呈连续相。当溶液浓度为 10m/ml 时，以 30004000rpm 转速旋涂，得到平均直径在300500nm 左右均匀分散的 PS 微球：当溶液浓度为 25mg/ml 时，以 4000rpm的转速旋涂，得到平均直径在 800nm 左右均匀分散的 PS 微球。改变 PS 和 PMMA质量比，
27、可以实现相态转换。 利用环己烷对 PS 和 PMMA 的溶解度差异，对PS/PMMA 共混物薄膜进行再加工，得到了适用于半导体表面蚀刻的具有纳米微孔的 PMMA 掩膜。 2.GaP 表面形貌控制的研究 研究了湿法化学腐蚀和 ICP干法刻蚀对 GaP 材料的蚀刻规律。具体地，在 ICP 刻蚀系统中采用 BCl3/Ar 刻蚀气体对 GaP 材料的刻蚀速率和刻蚀形貌进行了研究；采用盐酸和硝酸的混合水溶液(H2O：HCl：HNO3=2：3：1)作为腐蚀液，研究了常温下腐蚀液放置时间对腐蚀速率即 GaP 表面形貌的影响，当腐蚀液放置时间为 40min，腐蚀时间为60s 时，得到了与掩膜形貌基本相同的 G
28、aP 表面。 3.利用可控自组装掩膜技术提高 LED 性能 以高聚物自组装形成的新型掩膜作保护，用湿法化学腐蚀的方法在红光 LED 外延片表面上制作微纳米结构。通过对具有不同表面形貌的LED 进行光功率、轴向光强和电流.电压特性测试，研究表面微结构对 LED 出光效率、电学性能和物理结构性能等方面的影响。当所用掩膜中的纳米微孔直径在 500nm 左右，腐蚀深度为 140nm 时，LED 的出光效率平均提高了 18。 4.红光 LED 制作工艺优化 考虑到表面微结构结构降低 LED 电流扩展层的作用，并对原有的欧姆接触层造成一定破坏，增加后续工艺的难度，因此对工艺流程进行了优化，加入了一步生长
29、ITO 的工序。ITO 层能同时起到欧姆接触和电流扩展的作用，与 GaP 层的表面微结构相配合，还能降低接触电阻，从而降低LED 的工作电压，使其从原来的平均 2.06V 下降到平均 2.01V。自诞生以来，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为一种新型的发光体就倍受关注。特别是进入 21 世纪后，世界面临严重的能源、环境危机，而照明消耗了大量的电力资源，因此，有必要改进现有的照明设备，提高其效率。半导体照明作为一种新兴的照明技术，与传统的白炽灯或荧光灯照明相比，它具有电光转换效率高、体积小、寿命长、节能和安全环保等优点。国内外都非常关注这一领域的发展。 虽然在仪器
30、状态指示灯、交通信号指示灯、背光源和景观照明等领域，半导体照明技术已经得到广泛的应用，但在传统照明领域，由于 LED 的光提取效率问题、散热问题和相对昂贵的价格，使得半导体照明的应用受到局限。 本课题的工作在国家 863 项目和北京市人才强教计划项目的支持下进行，主要目的是提高 LED 的出光效率。首先，本文介绍了目前国内外在这方面的研究进展，分析了在 LED 表面制作微结构对其出光效率的影响；其次，介绍了表面微结构的制作方法，即半导体材料的蚀刻技术，分别采用 ICP等离子刻蚀技术和湿法腐蚀技术，进行了 GaP 材料的蚀刻规律研究：本文还在研究分子自组装技术的基础上，探索出一套制备高聚物可控自
31、组装新型纳米掩膜的工艺方法；最后，采用湿法腐蚀技术，利用高聚物掩膜在红光 LED 表面制作出微纳米结构，提高了 LED 的出光效率：为解决表面微结构给 LED 制作工艺带来的问题，对工艺流程进行了优化，最终使 LED 性能得到全面提升。主要开展工作如下： 1.高聚物可控自组装纳米掩膜的研究 研究了高聚物的自组装机理和微相分离原理，探索了高分子共混物及其单层薄膜的制备方法。以溶液共混和旋转涂膜的加工方法为基础，开发一套制备 PS/PMMA 自组装薄膜的工艺方法。研究了影响薄膜形貌的因素，如共混物溶液浓度、共混物组分配、旋涂速度以及工艺流程等，通过对这些因素的控制，实现了薄膜结构参数的调节。当 P
32、S 和 PMMA 的质量比为 2：8 时，PS 呈微球状分散相，PMMA 呈连续相。当溶液浓度为 10m/ml 时，以 30004000rpm 转速旋涂，得到平均直径在300500nm 左右均匀分散的 PS 微球：当溶液浓度为 25mg/ml 时，以 4000rpm的转速旋涂，得到平均直径在 800nm 左右均匀分散的 PS 微球。改变 PS 和 PMMA质量比，可以实现相态转换。 利用环己烷对 PS 和 PMMA 的溶解度差异，对PS/PMMA 共混物薄膜进行再加工，得到了适用于半导体表面蚀刻的具有纳米微孔的 PMMA 掩膜。 2.GaP 表面形貌控制的研究 研究了湿法化学腐蚀和 ICP干法
33、刻蚀对 GaP 材料的蚀刻规律。具体地，在 ICP 刻蚀系统中采用 BCl3/Ar 刻蚀气体对 GaP 材料的刻蚀速率和刻蚀形貌进行了研究；采用盐酸和硝酸的混合水溶液(H2O：HCl：HNO3=2：3：1)作为腐蚀液，研究了常温下腐蚀液放置时间对腐蚀速率即 GaP 表面形貌的影响，当腐蚀液放置时间为 40min，腐蚀时间为60s 时，得到了与掩膜形貌基本相同的 GaP 表面。 3.利用可控自组装掩膜技术提高 LED 性能 以高聚物自组装形成的新型掩膜作保护，用湿法化学腐蚀的方法在红光 LED 外延片表面上制作微纳米结构。通过对具有不同表面形貌的LED 进行光功率、轴向光强和电流.电压特性测试，
34、研究表面微结构对 LED 出光效率、电学性能和物理结构性能等方面的影响。当所用掩膜中的纳米微孔直径在 500nm 左右，腐蚀深度为 140nm 时，LED 的出光效率平均提高了 18。 4.红光 LED 制作工艺优化 考虑到表面微结构结构降低 LED 电流扩展层的作用，并对原有的欧姆接触层造成一定破坏，增加后续工艺的难度，因此对工艺流程进行了优化，加入了一步生长 ITO 的工序。ITO 层能同时起到欧姆接触和电流扩展的作用，与 GaP 层的表面微结构相配合，还能降低接触电阻，从而降低LED 的工作电压，使其从原来的平均 2.06V 下降到平均 2.01V。自诞生以来，发光二极管(Light E
35、mitting Diode，LED)作为一种新型的发光体就倍受关注。特别是进入 21 世纪后，世界面临严重的能源、环境危机，而照明消耗了大量的电力资源，因此，有必要改进现有的照明设备，提高其效率。半导体照明作为一种新兴的照明技术，与传统的白炽灯或荧光灯照明相比，它具有电光转换效率高、体积小、寿命长、节能和安全环保等优点。国内外都非常关注这一领域的发展。 虽然在仪器状态指示灯、交通信号指示灯、背光源和景观照明等领域，半导体照明技术已经得到广泛的应用，但在传统照明领域，由于 LED 的光提取效率问题、散热问题和相对昂贵的价格，使得半导体照明的应用受到局限。 本课题的工作在国家 863 项目和北京市
36、人才强教计划项目的支持下进行，主要目的是提高 LED 的出光效率。首先，本文介绍了目前国内外在这方面的研究进展，分析了在 LED 表面制作微结构对其出光效率的影响；其次，介绍了表面微结构的制作方法，即半导体材料的蚀刻技术，分别采用 ICP等离子刻蚀技术和湿法腐蚀技术，进行了 GaP 材料的蚀刻规律研究：本文还在研究分子自组装技术的基础上，探索出一套制备高聚物可控自组装新型纳米掩膜的工艺方法；最后，采用湿法腐蚀技术，利用高聚物掩膜在红光 LED 表面制作出微纳米结构，提高了 LED 的出光效率：为解决表面微结构给 LED 制作工艺带来的问题，对工艺流程进行了优化，最终使 LED 性能得到全面提升
37、。主要开展工作如下： 1.高聚物可控自组装纳米掩膜的研究 研究了高聚物的自组装机理和微相分离原理，探索了高分子共混物及其单层薄膜的制备方法。以溶液共混和旋转涂膜的加工方法为基础，开发一套制备 PS/PMMA 自组装薄膜的工艺方法。研究了影响薄膜形貌的因素，如共混物溶液浓度、共混物组分配、旋涂速度以及工艺流程等，通过对这些因素的控制，实现了薄膜结构参数的调节。当 PS 和 PMMA 的质量比为 2：8 时，PS 呈微球状分散相，PMMA 呈连续相。当溶液浓度为 10m/ml 时，以 30004000rpm 转速旋涂，得到平均直径在300500nm 左右均匀分散的 PS 微球：当溶液浓度为 25m
38、g/ml 时，以 4000rpm的转速旋涂，得到平均直径在 800nm 左右均匀分散的 PS 微球。改变 PS 和 PMMA质量比，可以实现相态转换。 利用环己烷对 PS 和 PMMA 的溶解度差异，对PS/PMMA 共混物薄膜进行再加工，得到了适用于半导体表面蚀刻的具有纳米微孔的 PMMA 掩膜。 2.GaP 表面形貌控制的研究 研究了湿法化学腐蚀和 ICP干法刻蚀对 GaP 材料的蚀刻规律。具体地，在 ICP 刻蚀系统中采用 BCl3/Ar 刻蚀气体对 GaP 材料的刻蚀速率和刻蚀形貌进行了研究；采用盐酸和硝酸的混合水溶液(H2O：HCl：HNO3=2：3：1)作为腐蚀液，研究了常温下腐蚀
39、液放置时间对腐蚀速率即 GaP 表面形貌的影响，当腐蚀液放置时间为 40min，腐蚀时间为60s 时，得到了与掩膜形貌基本相同的 GaP 表面。 3.利用可控自组装掩膜技术提高 LED 性能 以高聚物自组装形成的新型掩膜作保护，用湿法化学腐蚀的方法在红光 LED 外延片表面上制作微纳米结构。通过对具有不同表面形貌的LED 进行光功率、轴向光强和电流.电压特性测试，研究表面微结构对 LED 出光效率、电学性能和物理结构性能等方面的影响。当所用掩膜中的纳米微孔直径在 500nm 左右，腐蚀深度为 140nm 时，LED 的出光效率平均提高了 18。 4.红光 LED 制作工艺优化 考虑到表面微结构
40、结构降低 LED 电流扩展层的作用，并对原有的欧姆接触层造成一定破坏，增加后续工艺的难度，因此对工艺流程进行了优化，加入了一步生长 ITO 的工序。ITO 层能同时起到欧姆接触和电流扩展的作用，与 GaP 层的表面微结构相配合，还能降低接触电阻，从而降低LED 的工作电压，使其从原来的平均 2.06V 下降到平均 2.01V。自诞生以来，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为一种新型的发光体就倍受关注。特别是进入 21 世纪后，世界面临严重的能源、环境危机，而照明消耗了大量的电力资源，因此，有必要改进现有的照明设备，提高其效率。半导体照明作为一种新兴的照明技术，与传
41、统的白炽灯或荧光灯照明相比，它具有电光转换效率高、体积小、寿命长、节能和安全环保等优点。国内外都非常关注这一领域的发展。 虽然在仪器状态指示灯、交通信号指示灯、背光源和景观照明等领域，半导体照明技术已经得到广泛的应用，但在传统照明领域，由于 LED 的光提取效率问题、散热问题和相对昂贵的价格，使得半导体照明的应用受到局限。 本课题的工作在国家 863 项目和北京市人才强教计划项目的支持下进行，主要目的是提高 LED 的出光效率。首先，本文介绍了目前国内外在这方面的研究进展，分析了在 LED 表面制作微结构对其出光效率的影响；其次，介绍了表面微结构的制作方法，即半导体材料的蚀刻技术，分别采用 I
42、CP等离子刻蚀技术和湿法腐蚀技术，进行了 GaP 材料的蚀刻规律研究：本文还在研究分子自组装技术的基础上，探索出一套制备高聚物可控自组装新型纳米掩膜的工艺方法；最后，采用湿法腐蚀技术，利用高聚物掩膜在红光 LED 表面制作出微纳米结构，提高了 LED 的出光效率：为解决表面微结构给 LED 制作工艺带来的问题，对工艺流程进行了优化，最终使 LED 性能得到全面提升。主要开展工作如下： 1.高聚物可控自组装纳米掩膜的研究 研究了高聚物的自组装机理和微相分离原理，探索了高分子共混物及其单层薄膜的制备方法。以溶液共混和旋转涂膜的加工方法为基础，开发一套制备 PS/PMMA 自组装薄膜的工艺方法。研究
43、了影响薄膜形貌的因素，如共混物溶液浓度、共混物组分配、旋涂速度以及工艺流程等，通过对这些因素的控制，实现了薄膜结构参数的调节。当 PS 和 PMMA 的质量比为 2：8 时，PS 呈微球状分散相，PMMA 呈连续相。当溶液浓度为 10m/ml 时，以 30004000rpm 转速旋涂，得到平均直径在300500nm 左右均匀分散的 PS 微球：当溶液浓度为 25mg/ml 时，以 4000rpm的转速旋涂，得到平均直径在 800nm 左右均匀分散的 PS 微球。改变 PS 和 PMMA质量比，可以实现相态转换。 利用环己烷对 PS 和 PMMA 的溶解度差异，对PS/PMMA 共混物薄膜进行再
44、加工，得到了适用于半导体表面蚀刻的具有纳米微孔的 PMMA 掩膜。 2.GaP 表面形貌控制的研究 研究了湿法化学腐蚀和 ICP干法刻蚀对 GaP 材料的蚀刻规律。具体地，在 ICP 刻蚀系统中采用 BCl3/Ar 刻蚀气体对 GaP 材料的刻蚀速率和刻蚀形貌进行了研究；采用盐酸和硝酸的混合水溶液(H2O：HCl：HNO3=2：3：1)作为腐蚀液，研究了常温下腐蚀液放置时间对腐蚀速率即 GaP 表面形貌的影响，当腐蚀液放置时间为 40min，腐蚀时间为60s 时，得到了与掩膜形貌基本相同的 GaP 表面。 3.利用可控自组装掩膜技术提高 LED 性能 以高聚物自组装形成的新型掩膜作保护，用湿法
45、化学腐蚀的方法在红光 LED 外延片表面上制作微纳米结构。通过对具有不同表面形貌的LED 进行光功率、轴向光强和电流.电压特性测试，研究表面微结构对 LED 出光效率、电学性能和物理结构性能等方面的影响。当所用掩膜中的纳米微孔直径在 500nm 左右，腐蚀深度为 140nm 时，LED 的出光效率平均提高了 18。 4.红光 LED 制作工艺优化 考虑到表面微结构结构降低 LED 电流扩展层的作用，并对原有的欧姆接触层造成一定破坏，增加后续工艺的难度，因此对工艺流程进行了优化，加入了一步生长 ITO 的工序。ITO 层能同时起到欧姆接触和电流扩展的作用，与 GaP 层的表面微结构相配合，还能降
46、低接触电阻，从而降低LED 的工作电压，使其从原来的平均 2.06V 下降到平均 2.01V。自诞生以来，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为一种新型的发光体就倍受关注。特别是进入 21 世纪后，世界面临严重的能源、环境危机，而照明消耗了大量的电力资源，因此，有必要改进现有的照明设备，提高其效率。半导体照明作为一种新兴的照明技术，与传统的白炽灯或荧光灯照明相比，它具有电光转换效率高、体积小、寿命长、节能和安全环保等优点。国内外都非常关注这一领域的发展。 虽然在仪器状态指示灯、交通信号指示灯、背光源和景观照明等领域，半导体照明技术已经得到广泛的应用，但在传统照明领域
47、，由于 LED 的光提取效率问题、散热问题和相对昂贵的价格，使得半导体照明的应用受到局限。 本课题的工作在国家 863 项目和北京市人才强教计划项目的支持下进行，主要目的是提高 LED 的出光效率。首先，本文介绍了目前国内外在这方面的研究进展，分析了在 LED 表面制作微结构对其出光效率的影响；其次，介绍了表面微结构的制作方法，即半导体材料的蚀刻技术，分别采用 ICP等离子刻蚀技术和湿法腐蚀技术，进行了 GaP 材料的蚀刻规律研究：本文还在研究分子自组装技术的基础上，探索出一套制备高聚物可控自组装新型纳米掩膜的工艺方法；最后，采用湿法腐蚀技术，利用高聚物掩膜在红光 LED 表面制作出微纳米结构
48、，提高了 LED 的出光效率：为解决表面微结构给 LED 制作工艺带来的问题，对工艺流程进行了优化，最终使 LED 性能得到全面提升。主要开展工作如下： 1.高聚物可控自组装纳米掩膜的研究 研究了高聚物的自组装机理和微相分离原理，探索了高分子共混物及其单层薄膜的制备方法。以溶液共混和旋转涂膜的加工方法为基础，开发一套制备 PS/PMMA 自组装薄膜的工艺方法。研究了影响薄膜形貌的因素，如共混物溶液浓度、共混物组分配、旋涂速度以及工艺流程等，通过对这些因素的控制，实现了薄膜结构参数的调节。当 PS 和 PMMA 的质量比为 2：8 时，PS 呈微球状分散相，PMMA 呈连续相。当溶液浓度为 10
49、m/ml 时，以 30004000rpm 转速旋涂，得到平均直径在300500nm 左右均匀分散的 PS 微球：当溶液浓度为 25mg/ml 时，以 4000rpm的转速旋涂，得到平均直径在 800nm 左右均匀分散的 PS 微球。改变 PS 和 PMMA质量比，可以实现相态转换。 利用环己烷对 PS 和 PMMA 的溶解度差异，对PS/PMMA 共混物薄膜进行再加工，得到了适用于半导体表面蚀刻的具有纳米微孔的 PMMA 掩膜。 2.GaP 表面形貌控制的研究 研究了湿法化学腐蚀和 ICP干法刻蚀对 GaP 材料的蚀刻规律。具体地，在 ICP 刻蚀系统中采用 BCl3/Ar 刻蚀气体对 GaP 材料的刻蚀速率和刻蚀形貌进行了研究；采用盐酸和硝酸的混合水溶液(H2O：HCl：HNO3=2：3：1)作为腐蚀液，研究了常温下腐蚀液放置时间对腐蚀速率即 GaP 表面形貌的影响，当腐蚀液放置时间为 40min，腐蚀时间为60s 时，得到了与掩膜形貌基本相同的 GaP 表面。 3.利用可控自组装掩膜技术提高 LED 性能 以高聚物自组装形成的新型掩膜作
