在现有工艺条件下通过简单工艺实现大功率GaN 基多量子阱全方位反射镜( ODR) 发光二极管( LED) 的研制，并对试制LED 样品进行了光学、电学和色参数三个方面性能测试． 测试结果发现，ODR 芯片比普通芯片的光强提高了244 mcd，极大提高了发光强度; ODR LED 光通量、光效、色纯度比普通LED 分别提高了6.04% ，5. 74% ，78. 64% ． ODR LED 具有绝对优势是其色温要比普通LED 的色温低1804 K，明显改善大功率LED 的色温缺陷。
1. 引言 目前大功率LED 光提取效率比较低的一个重 要原因是LED 衬底的厚度比较大，很大一部分有源 区发射的光入射到衬底层被衬底和电极等材料吸 收，从而大大降低光的提取效率，进而影响出光，为 了改善这一缺陷，近几年利用全方位反射镜 ( omnidirectional reflector，ODR) 将有源区发出的射 向衬底的光反射出去是一个兴起的分支[1—3]. Tu 等[1]采用ZnO 接触作为反射镜减少光源射向顶部 时被不透明电极吸收的部分光线; Horng 等[2] 在Si 衬底与有源区之间增加反射镜，并在p，n 区两侧分 别做粗糙处理来增加出光，制作工艺复杂; 李一博 等[4]的利用Si 做转移衬底，Au 做反光镜和键合界 面，ITO 做缓冲层和窗口层制作基于Au /Au 直接键 合的反光镜，是金属反射镜，与ODR 有本质区别并 且在实际操作中需要键合技术，工艺相对复杂; 考 虑到Ag / SiO2 作为反射镜时，入射光不论是TE 模态 还是TM 模态在不同角度上都有很高的反射率[5]， 所以本实验中采用现有的芯片，先将蓝宝石衬底减 薄，再在蓝宝石衬底上用PECVD 分别镀上一层 SiO2 和Ag，即构成了白光ODR LED，制作工艺简 单，光强提高显著，利于生产实际. 实验中采用电极 形状如图1 所示，ODR LED 芯片剖面结构如图2 所示，图2 中蓝宝石衬底下Mirror 为Ag / SiO2
2. 实验原理
图2 模拟了光在ODR LED 内部发射时所经过的路径: 当在p，n 电极上加上正向压降时，p 区空穴 与n 区电子向有源区运动并发生辐射复合，发出的 光线有两条路径，一条直接射出如图2 中路径1，另 一条射向衬底下的全方位反射镜，并发生反射，从 顶面或侧面射出如图2 中路径2，从而增加光射出 的路径，增强LED 的光通量与光效[6].
3. 实验样品
本批实验样品采用扬州华夏集成光电有限公 司生产的芯片. 对一块外延片整体进行测试，发现 测试结果基本一致后试制成芯片. 将该外延片一半 制做成普通LED 芯片，另一半制做ODR LED 芯片， 芯片的尺寸为40 mil. 选取一个单元中的ODR LED 芯片如图3 所示，与图2 比较，可以明显看出芯片亮 度不同.
采用半自动针测机对芯片进行点测并选取与点测平均值较近的单元( 包含ODR 芯片与普通芯片各 一个单元) 进行试制成LED 样品，这两个单元裸芯片 在封装前的点测结果如表1 表2 所示. 从表1 表2 测 量结果中可以看出: ODR 芯片比普通芯片的光强 1847 mcd 提高了244 mcd，相对提高了13. 21% ，这是 由于ODR 增加反射光; 在通入相同的350 mA 工作电 流时，ODR 芯片的电压比普通芯片的电压3. 202 V 增 加了0. 002 V，此误差较小可忽略; 其他方面的测量， 两种芯片测试结果基本保持一致.
4. 测试结果与分析
4. 1. 光色电测试结果
对封装后的样品选取普通LED 和ODR LED 各 7 个，两类LED 中不同样品各自编号，先进行LED的快速光色电测试，测试仪器为杭州远方HAAS- 2000 LED 快速光色电综合测试量系统，测试温度为 25℃，测试电流为350 mA，两组LED 的测试结果如 下，表3 中去除5 号、表4 中去除5 号和7 号等性能 不佳的样品，两组样品测量反向漏电流时的反向电 压均为- 5. 008 V.
从表3 中可以看出，整体样品品质较好，光通量 较高，平均值达到76. 62 lm，光效达到65. 11 lm /W， 并且在正常工作电流为350 mA 情况下，电压仅为 3. 362 V，色纯度为10. 3% ，但色温偏高，为7010 K; 表4 看出经过ODR LED 处理后的LED 在光学、电 学、色参数方面都有明显改善，光通量到达81. 25 lm，光效为68. 85 lm /W，比普通LED 分别提高了 4. 23 lm，3 . 74 lm /W，相对提高了6. 04%，5. 74% ，电 压为3. 371 V，仅增加了9 mV. 通过ODR LED 与普 通LED 的主波长、色温对比，我们认为ODR 对于黄 绿光的反射作用要强于蓝光，导致ODR LED 的白 光光谱中黄绿光相对普通LED 的光强增加量高于 蓝光，这一方面导致ODR LED 的色温比普通LED 的色温更低，降低了1804 K，大幅度提高LED 的色温性能; 另一方面导致ODR LED 主波长红移. 而且 ODR LED 的色纯度明显比普通LED 高，提高 8. 1% ，相对提高了78. 64% .
4. 2. 光谱测试
对测试的ODR LED 与普通LED 的发光光谱进 行测试，结果如图4 所示，从图中可以看到，两种样 品均产生两个波峰，并且两个波峰位置相同，一个 峰位于445 nm，属于蓝光光谱范围，另一个峰位于 546 nm，为黄绿光光谱范围，这是由于这批白光LED 样品采用在LED 蓝光芯片上涂覆YAG ( yttrium aluminum garnet，钇铝石榴石) 荧光粉，芯片发出的 蓝光激发荧光粉后可产生典型的500—580 nm 黄绿 光，黄绿光再与蓝光合成白光. 利用这种方法制备白光简单，便于实现且效率高，资金投入不大，因此具有一定的实用性.
从图4( a) ，( b) 中可以看出，ODR LED 与普通 LED 的第一个峰位，均位于445 nm 处，两种LED 的 FWHM 均为33 nm 左右，但从图中右上角相对光谱 强度可以看出ODR LED 的蓝光光谱强度要高于普 通LED; 另一个峰位，两种LED 均位于546 nm，ODR LED 的FWHM 为122. 0 nm，普通LED 的FWHM 为 120. 43 nm，ODR LED 的FWHM 要略大于普通 LED，仍需改进; ODR LED 中黄绿光的光谱强度也 高于普通LED，这都是由于ODR 的反射作用. 但 ODR LED 较普通LED 而言，黄绿光的增加量高于 蓝光，我们认为ODR 对于白光中黄绿光的反射强度 要高于蓝光，使得白光光谱中黄绿光的增加高于蓝 光的增加，这也正是主波长红移和色温降底的原因.
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