垂直结构GaN基LED用Ni/Ag反射镜电极

Ni/Ag/Ti/Au金属系反射镜电极广泛用于GaN基垂直结构发光二极管(LED)的传统制造工艺。这种电极需要进行高温长时间整体退火才能获得高质量的欧姆接触,但对电极的反射率和器件性能影响较大。介绍了一种新工艺方法,该方法将电极分解为接触层和反射层,降低反射层经历的退火温度和时间,获得了拥有良好的欧姆接触特性和高反射率的反射镜电极,解决了传统电极光学性能和电学性能相互制约的问题。首先生长极薄的Ni/Ag作为接触层,对接触层进行高温长时间退火后再生长厚层Ag作为反射层,之后再进行一次低温退火。使得对反射起主要作用的反射层免于高温长时间退火,相较于传统Ni/Ag/Ti/Au电极,该方法在获得更优良的欧姆接触的同时,提升了电极的反射率。在氧气氛围下进行500℃接触层退火3 min,400℃整体退火1 min后,电极的比接触电阻率为1.7×10^(-3)Ω·cm^2,同时在450 nm处反射率为93%。

Si衬底LED薄膜芯片Ni/Ag反射镜保护技术

Ag基反射镜提高了薄膜型LED芯片的出光效率,但其易受破坏,通常选择抗腐蚀金属作为其保护材料,同时需要研究保护金属与p-GaN的接触性能,避免在p-GaN上同时形成两种欧姆接触引入的电流分流效应。通过传输线的方法研究了Pt,Cr,Ni/Ag与p-GaN的接触行为(在不同的合金条件),讨论了Cr和Pt作为保护材料的可行性。结果发现,N2中500℃合金后,NiAg/p-GaN的比接触电阻率(ρc)达到最低,ρc最低值为1.42×10-3Ω.cm2;同条件下,80 nm Pt/p-GaN的ρc为6.63×10-3Ω.cm2,30 nm Cr/p-GaN的ρc为2.03×10-2Ω.cm2,且其合金前的ρc为5.74×10-2Ω.cm2,比合金后的ρc更高。这说明,Cr是更为理想的Ni/Ag保护材料,若Ni/Ag合金后再蒸Cr,效果更佳。最后,通过芯片老化实验,验证了Cr是一种较为理想的、可靠的反射镜保护材料,采用其制备的薄膜型功率芯片具有很高的可靠性。

集成Ag基反射镜的GaN基LED薄膜芯片的静电失效演变

对集成Ag基反射镜的垂直结构GaN基发光二极管(LED)薄膜芯片施加ESD(electro-static discharge)冲击,观察其静电失效的现象并对失效演变的过程进行研究。结果表明,LED芯片经过ESD冲击后,内部会随机出现ESD黑点。随着ESD电压逐渐增大,此ESD黑点逐渐演变成为静电孔。通过聚焦离子束刻蚀等手段,得出ESD黑点产生的原因,即静电击穿产生的瞬间高温将LED芯片中的p-GaN及Ag基反射镜熔化,从而使得Ag反射镜的反射率降低。在LED薄膜芯片静电失效的演变过程中,ESD黑点周围的GaN粗化面的六角锥结构出现形状变小、密度增大的现象,该现象与静电击穿发生的程度相关。因此,认为静电击穿过程中内部产生的瞬间高温对表面GaN材料的晶体质量产生较大影响。

Si衬底功率型GaN基绿光LED性能

对本实验室在Si(111)衬底上MOCVD法生长的芯片尺寸为400μm×600μm功率型绿光LED的光电性能进行研究。带有银反射镜的LED在20 mA的电流下正向工作电压为3.59 V,主波长518 nm,输出光功率为7.3 mW,90 mA下达到28.2 mW,发光功率效率为7.5%,光输出饱和电流高达600 mA。在200 mA电流下加速老化216 h,有银反射镜的LED光衰小于无银反射镜的LED,把这一现象归结于Ag反射镜在提高出光效率的同时,降低了芯片本身的温度。本器件有良好的发光效率、光衰和光输出饱和电流等综合特性表明,Si衬底GaN基绿光LED具有诱人的发展前景。