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本课题的研究以解决半导体发光二极管出光面的光反射问题为主要内容,研究并实验了LED出光面的粗化和出光面生长增透膜的方法。为了解决出光面的全反射问题,采用粗化表面方法来实现光的散射,减少全反射几率。采用三种方法制备纳米级的掩膜,通过优化各个参数得到单层均匀周期掩膜,采用ICP刻蚀技术在纳米掩膜的保护下粗化底部的LED出光面。为了解决出光面的反射问题,利用PECVD制备增透膜,根据不同结构器件的需要设计不同结构和不同功能的介质薄膜,来提高器件的光提取。具体研究内容如下：
1.首先研究了在退火过程中,Al/Au、Sn/Au和Au层在SiO2上进行的自组装行为,分析了金属层厚度、退火温度、退火时间对金属颗粒形成的影响,最终制备出周期范围在200nm-600nm之间的均匀分散单层岛状Au颗粒。其次,研究了在上述颗粒的掩膜下,对下层的SiO2和半导体材料进行干法的ICP刻蚀。通过选择ICP的刻蚀气体,控制刻蚀气体的流量、ICP功率、RF功率,使得Au和SiO2之间有较高的刻蚀选择比,能够在Au颗粒的保护下将SiO2刻蚀透,进而在SiO2的保护下刻蚀底层的半导体材料,调节刻蚀时间,达到一定刻蚀深度,获得了GaP的纳米级粗化表面。使用SEM和AFM分别测试了金属纳米颗粒表面和刻蚀后的粗化表面。将此方法应用于表面为GaP的AlGaInP红光LED,分别进行了光谱测试、轴向光强测试、变电流测试和发散角度测试,并与常规AlGaInP红光LED进行对比。实验数据表明：此方法可使红光AlGaInP基Moth-LED的光强提高了27％,光功率提高了12.6％。可以优化Au颗粒的周期和分散程度,进一步提高AlGaInP基Moth-LED光的输出。
2.利用PS-PMMA高分子共混物的相分离制备出纳米级掩膜。首先研究了PS-PMMA共混物的制备,其中包括PS与PMMA的配比比例和共混物的浓度。其次研究PS-PMMA相分离状态,并制备出单层分散颗粒状结构的PS-PMMA层。通过调节PS/PMMA组分比的大小和共混物溶液的浓度制备出周期小于一微米的PS-PMMA共混物膜层。将来可以利用PS与PMMA化学性质的不同,采用湿法腐蚀或干法刻蚀的方法去掉其中一种组分,留下另一种组分作为粗化LED出光面的保护掩膜。
3.研究了SiO2微球掩膜对蓝光LED表面进行粗化的研究。首先介绍了SiO2微球悬浮液,其次研究了悬浮液的涂敷技术,最后利用涂敷的单层SiO2微球做为掩膜采用ICP技术分别刻蚀正装GaN基蓝光LED的ITO表面和倒装蓝光GaN基LED的蓝宝石表面。制作出表面粗化的正装蓝光GaN基LED器件和表面粗化的倒装蓝光GaN基LED,分别做了LOP测试、光强和光谱测试。实验数据表明：此方法使正装GaN基蓝光LED的发光强度提高了27％,使倒装GaN基LED的轴向光强提高了24％,光功率提高了20％。
4.在器件表面生长单层增透膜和生长带有ITO的双层增透膜方法来减少光在出光面的反射,并分析了封装对光功率的影响。分别对两种方法的设计思想和各自的特点进行了阐述分析,模拟计算了生长单层增透膜、双层增透膜与界面反射率的关系。对带有单层增透膜和双层复合膜的红光LED进行了封装工艺后,对表面制作增透膜加封装的红光LED器件进行测试分析。结果表明：单、双层增透膜可以使AlGaInP红光LED出射光的轴向光强提高将近30％,封装后的光功率提高100％以上,增透膜与封装的效果可使AlGaInP红光LED的光功率提高150％左右。