电流阻挡层结构对垂直发光二极管芯片老化特性之研究

发现ICP damage制作电流阻挡层的制程会导致垂直结构LED在老化过程中发生漏电。通过更换反射层的金属及EMMI&SEM分析,发现老化漏电的原因来源于反射金属——Ag的电迁移,迁移通道可能来源于ICP打开穿透位错的封口。在缺陷位错内填入低电迁移率金属并检测。结果表明,填入低电迁移率金属后既解决了老化漏电问题,同时不影响芯片的初始光电特性。

垂直结构GaN基LEDs电流分布计算分析

电流分布是影响大功率LEDs器件性能的重要因素,与传统结构GaN基器件比较,垂直结构器件通过采用上下电极分布,明显改善了LEDs器件内部电流分布均匀性。通过理论分析与数值计算,建立起了垂直结构GaN基LEDs电流分布模型,研究了垂直结构GaN基LEDs电流分布及I-V特性。结果表明,与传统平面结构比较,垂直结构GaN基LEDs的电流分布均匀性得到了明显改善,同时正向电压降低约7%。最后,通过晶片键合与激光剥离技术,制备了垂直结构GaN基LEDs,测试结果表明,实验结果和理论计算值相吻合。该结果对GaN基LEDs器件的优化设计具有重要指导意义。

GaN基垂直结构LED的n型电极结构设计及芯片制备

首先利用电流路径模型分析n型电极尺寸及间距等对垂直结构发光二极管(VS-LEDs)电流分布均匀性的影响,依此设计出一种螺旋状环形结构电极。其次,通过建立有限元分析软件Comsol仿真模型模拟VSLEDs有源层的电流密度分布,发现螺旋状环形结构电极的环间距越小,电流密度分布越均匀。最后,利用VS-LEDs芯片制备技术实现具有螺旋状环形电极的垂直结构LED芯片。实验结果显示,在350 m A电流驱动下,电极环间距为146.25μm的芯片具有最大的功能转换效率,达到26.8%。

6H-SiC衬底上AlGaN基垂直结构紫外LED的制备

利用金属有机物化学气相沉积方法,在n型6H-SiC衬底上制备了15对Si掺杂Al_(0.19)Ga_(0.81)N/Al_(0.37)Ga_(0.63)N DBR,并采用低温AlN缓冲层有效抑制了DBR结构中裂纹的产生,得到了表面均方根粗糙度仅为0.4 nm且导电性能良好的n型DBR,其在369 nm处峰值反射率为68%,阻带宽度为10 nm。在获得导电DBR的基础上,进一步在n型6H-SiC衬底上构建了有、无DBR的垂直结构紫外LED。对比两者电致发光光谱,发现DBR结构的引入有效增强了LED紫外发光强度。

自分裂GaN基垂直结构LED研究

为了解决感应耦合等离子体刻蚀和衬底切割对发光二极管芯片造成损伤的问题,提高器件的成品率,提出了一种新的制备氮化镓基垂直结构发光二极管的工艺方法,成功制备出了无需衬底切割的自分裂垂直结构发光二极管.制备过程中使用化学机械抛光来代替感应耦合等离子体刻蚀对n型氮化镓进行减薄,避免了感应耦合等离子体刻蚀对器件侧壁和有源区造成的损伤;通过临时衬底转移技术解决了衬底切割的问题,无需衬底切割即可得到单个发光二极管芯片.与传统结构正装发光二极管相比,300μm×300μm的自分裂垂直结构发光二极管的电学特性得到大幅度改善,电流为20 mA下的正向电压从3.17 V降到2.88 V,降低了9%;饱和电流从240 mA提高到280 mA,提高了17%.研究了电极形状对器件性能的影响,将电极形状由圆盘形改为环形,500μm×500μm的自分裂垂直结构发光二极管的饱和电流从450 mA提高到490 mA,提高了9%,通过优化电极结构有望进一步改善芯片性能.

硅衬底垂直结构InGaAlN多量子阱发光二极管电致发光谱的干涉现象研究

测试了硅衬底垂直结构芯片在不同空间角度上的电致发光(EL)谱.指出硅衬底垂直结构InGaAlN多量子阱发光二极管的EL谱中多个峰型来源于干涉现象,而不是来自于多个阱层的发光.干涉峰的疏密反映p型层厚度的一致性,干涉现象的强弱反映p型欧姆接触层反光能力的强弱.芯片法线方向附近发光最强干涉现象最明显,芯片侧边的发光几乎没有干涉现象且发光强度最弱.

晶圆键合和激光剥离工艺对GaN基垂直结构发光二极管芯片残余应力的影响

Ga N基发光二极管(LED)中的残余应力状态对器件的性能和稳定性有很大影响.通过使用三种不同的键合衬底(Al2O3衬底,Cu W衬底和Si衬底)以及改变键合温度(290°C,320°C,350°C和380°C),并且使用不同的激光能量密度(875,945和1015 m J·cm-2)进行激光剥离,制备了不同应力状态的Ga N基LED器件.对不同条件下Ga N LED进行弯曲度、Raman散射谱测试.实验结果表明,垂直结构LED中的残余应力的状态是键合衬底和键合金属共同作用的结果,而键合温度影响着垂直结构LED中的残余应力的大小.激光剥离过程中,一定能量密度下激光剥离工艺一般不会对芯片中的残余应力造成影响,但是如果该工艺对Ga N层造成了微裂缝,则会在一定程度上起到释放残余应力的作用.使用Si衬底键合后,外延蓝宝石衬底翘曲变大,对应制备的Ga N基垂直结构LED中的残余应力为张应力,并且随着键合温度的上升而变大;而Al2O3和Cu W衬底制备的LED中的残余应力为压应力,但使用Al2O3衬底键合制备的LED中压应力随键合温度上升而一定程度变大,Cu W衬底制备的LED中压应力随键合温度上升而下降.

激光剥离GaN表面的抛光技术

激光剥离(LLO)技术是研制新型氮化镓(GaN)基谐振腔结构光电子器件的关键技术。然而LLO后的GaN表面往往具有较大的粗糙度,而制作谐振腔结构器件需要很高的表面平整度,因此需要对LLO后的GaN表面进行抛光。分别采用金刚石粉抛光液和胶粒二氧化硅抛光液进行机械抛光和化学机械抛光(CMP),并对比了两种方法获得的抛光结果,研究发现前者会在抛光后的GaN表面引入划痕,而采用后者可以得到亚纳米级平整度的表面。进一步的实验结果表明,胶粒二氧化硅抛光液同样适用于图形化衬底外延片激光剥离后的GaN表面抛光。

表面粗化对GaN基垂直结构LED出光效率的影响

用加热后的KOH水溶液腐蚀GaN材料的N极性面,用以提高GaN基垂直结构发光二极管(LED)的出光效率。经过湿法腐蚀后,构成N极性面的表面晶粒尺寸和密度成为影响垂直结构LED提取效率的主要因素,通过分析不同腐蚀条件下晶粒尺寸和密度与出光效率间的关系,得到最优化的粗化条件,使得器件的提取效率达到最佳。经由浓度为30%、温度为60℃的KOH溶液腐蚀后,未封装的垂直结构LED芯片的提取效率增加了近1倍。

半导体照明产业的新血液:碳化硅衬底

市面上一般有三种材料可作为衬底:蓝宝石(A12O3)、硅(Si)、碳化硅(Sic)。其中蓝宝石是使用最多的衬底材料,具有生产技术成熟、器件质量较好、稳定性好、机械强度高、易于处理和清洗等优点。但是它也有许多不能克服的缺点:第一,晶格失配和热应力失配会导致外延层中产生大量缺陷,同时给后续的器件加工工艺造成困难;第二,蓝宝石是绝缘体,电阻率很大,无法制成垂直结构的器件;第三,通常只在外延层上表面制作N型和P型电极。