GaN基大功率LED芯片设计

论文摘要

由于LED具有电光转换效率高、寿命长和节能环保等优点,以GaN基LED为主的半导体照明近年来发展非常迅猛,各种应用层出不穷,当前在全球能源紧张和“节能减排”的大环境下,国家非常重视。但这也给LED芯片提出了更高的标准和要求,GaN基LED虽经过了近20年的研究和发展,但仍存在一些问题,主要是电光转换效率还需要进一步提高,芯片成本需不断降低等问题,如何系统地设计一个性能良好的大功率LED芯片是一个很有价值的研究课题。本文全面地研究了GaN基大功率LED的芯片设计,主要分为两个部分,一是芯片结构的设计以提高取光效率,二是芯片电极的设计以获得良好的电流注入和电流密度分布,并最后在实验中得到了一些证实。本论文所做的工作主要有:(1)基于光线追迹的方法,全面地分析了正装芯片、倒装芯片和垂直芯片三种典型LED芯片的取光效率及其潜力,并系统地分析了四种提高LED芯片取光效率的有效途径。设计了两种有特定沟槽的LED芯片结构,并在模拟分析中证实了其可以有效地提高LED芯片的取光效率,提升比例最高可达到100%以上。(2)利用软件SimuLED,较全面地分析了LED芯片电流扩展的基本情况,特别是电极图案与芯片电流密度分布的关系,以及不同的电流密度分布对芯片电光性能的影响,得出了一些大功率LED芯片电极设计的基本原则。基于上述的基本原则,为本文设计的有特定沟槽的LED芯片制定了相应的电极方案。(3)通过一整套芯片制作工艺,先后研制了两套芯片,并测试了芯片的结构特征和电光性能,并与模拟结果对比分析了其中的问题,讨论了下一步需要继续改进的地方。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题来源及研究内容
• 2 LED芯片取光效率的模拟
• 2.1 LED芯片取光效率模型的建立
• 2.2 LED芯片取光效率的整体分析
• 2.3 各种提升LED芯片取光效率的方法
• 2.4 新型沟槽结构LED芯片设计
• 2.5 本章小结
• 3 LED芯片电流扩展的模拟
• 3.1 LED芯片电流扩展的理论基础
• 3.2 LED芯片电极优化设计
• 3.3 本章小结
• 4 LED芯片的制作和测试
• 4.1 LED芯片制作工艺介绍
• 4.2 LED芯片测试和分析设备
• 4.3 新型沟槽结构LED芯片分析
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 对今后工作的建议与展望
• 致谢
• 参考文献