图案化蓝宝石衬底的制备方法及关键技术分析

图案化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate,PSS)是近几年来发展起来的一种用于提高LED出光率的新技术。本文就图案化蓝宝石衬底提高GaN基LED出光率的作用原理、表面微结构(几何形状及尺寸)对LED发光效率的影响以及图案化衬底制备的关键技术进行了分析,包括掩膜的制备和图形的转移技术,以及蓝宝石图案化衬底制备的两种主要方法:干法刻蚀和湿法腐蚀,并比较了这两种制备方法的优缺点,最后指出纳米级图案化蓝宝石衬底是未来的重点发展方向。

蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED超快激光剥离

衬底导电性和导热性差一直是困扰生长于蓝宝石衬底上的GaN基LED的难题,利用激光剥离技术将蓝宝石衬底上的GaN基LED转移至其他衬底是解决该问题的有效方法之一。本文使用超快皮秒激光将生长于图案化蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED进行衬底剥离,并成功转移至Si衬底,形成垂直结构的LED器件。利用SEM测试发现,当超快激光能量密度在1.3 J/cm^(2)附近可以有效分解蓝宝石和GaN交界层,且对器件产生最小负面损伤。拉曼光谱测试结果表明,剥离后的LED中GaN层的残余应力得到有效释放,从1.42 GPa降低为0.29 GPa。对制备的垂直结构LED进行I-V性能测试,5 V电压下正向电流由0.164 mA增大至0.759 mA,光致发光和电致发光性能均有增强。本文完成了蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED超快激光剥离的实验研究,为实现低损伤、高效率的转移技术的开发提供理论支撑,有望加速半极性面GaN基LED的发展与应用。