硅衬底GaN基LED转移前后相关性能研究

论文摘要

InGaAlN MQW LED发光器件已在很多领域获得了广泛运用,与人们的生活生产息息相关。蓝宝石衬底和碳化硅衬底InGaAlN MQW发光器件于十几年前相继在日本和美国实现产业化并销往世界各地,它给人们的视觉增添了新的光彩。硅衬底InGaAlN MQW发光器件近年在中国率先实现产业化,它圆了全球GaN研究人员多年的美梦。无论是哪种衬底的InGaAlN QW发光器件,其性能的研究和提高都是永恒的课题。相比之下,硅衬底InGaAIN MQW LED发光器件其性能研究的深入程度由于开发时间较晚,还远不及其它两种衬底的发光器件的深入程度,因而深入研究硅衬底InGaAlN MQW LED发光器件的性能显得很有必要。本论文用压焊剥离和镀制剥离的方法获得了上下电极结构InGaAlN MQW LED发光器件并对其光电性能进行了一定研究,着重研究了垂直结构硅衬底InGaAlNMQW LED薄膜压焊转移引入的应力问题及其相关联的器件性能问题。本论文主要内容如下:1、第二章研究了垂直结构芯片在不同空间角度上的EL光谱,说明了硅衬底垂直结构的InGaAlN MQW LED的EL光谱中多个峰型来源于干涉现象,干涉峰随角度的变化情况可以反映P型层及P型欧姆接触层的状况。2、第三章研究了InGaAlN MQW LED薄膜处在外延片上、压焊到新衬底上、自由支撑薄膜的应力状态及光电性能的差别,研究结果表明LED薄膜在衬底剥离转移过程中缓冲层、N型层、P型层、阱层和垒层的应力状态均会发生一定程度的变化,从而与其相关联的光电性能也会发生变化。同时,根据硅衬底GaN外延片的特点,选择了一种物理沉积的方法在外延片上镀制金属基板,并通过控制镀制温度、基板层厚方向的组分分布及热膨胀系数分布等方法实现了LED薄膜应力状态的可控。3、第四章第一节用巨大正向电流对垂直结构InGaAlN芯片进行较长时间的剧烈老化,研究结果表明剧烈老化后的器件其阱层、垒层和耗尽层等均会发生一定程度的变化,从而与其相关的光电性能也会发生一定程度的变化。第二节通过对垂直结构InGaAlN MQW LED长时间加反向偏压,发现反向偏置后其光电性能均发生了明显的改变,器件性能的改变主要对应着内部载流子分布的改变。4、第五章第一节研究了室温（300K）和高温140℃（413K）的垂直结构的InGaAlNMQW LED的EL发光和正反向Ⅰ-Ⅴ特性。第二节研究了垂直结构InGaAlN芯片从10K至300K各环境温度下不同电流密度的EL光谱以及10K和300K环境温度下的正反向Ⅰ-Ⅴ特性。第三节将经过环氧树脂封装的垂直结构InGaAlN MQW LED表面沙毛,试图研究其低温下的发光及电学性能,测试了10K和300K两个环境温度下不同电流密度的EL光谱及Ⅰ-Ⅴ特性。第四节研究了30mA正向电流室温（300K）老化168小时、高温85℃（358K）老24小时,以及未老化的垂直结构的InGaAlN MQW LED的光电性能。研究结果表明压焊金属层会对LED薄膜的应力产生重要影响,在不同温度不同电流情况下EL发光来自于不同的阱层,同时温度对器件的晶体结构和载流子浓度的分布等均会产生一定程度的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 综述
• 1.1 引言
• 1.2 InGaAlN的晶体结构、基本参数和能带结构
• 1.3 InGaAlN的化学性质
• 1.4 InGaAlN LED薄膜转移技术
• 1.5 InGaAlN LED欧姆接触机制
• 1.6 InGaAlN LED发光机制
• 1.7 InGaAlN LED中两种应力五种电场与带倾斜及带隙的关系
• 1.8 本章小结
• 参考文献
• 第二章 垂直结构InGaAlN MQW LED EL谱中的干涉现象
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.3 结果与讨论
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 硅衬底InGaAlN薄膜衬底剥离转移过程中的应力变化
• 3.1 硅衬底GaN蓝色发光材料压焊转移前后应力变化
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 实验
• 3.1.3 结果与讨论
• 3.1.4 小结
• 3.2 自由支撑的InGaAlN MQW LED薄膜性能
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 实验
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.2.4 小结
• 3.3 InGaAlN薄膜应力状态可控的器件制备技术及其性能
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 实验
• 3.3.3 结果与讨论
• 3.3.4 小结
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 巨大偏置电流对InGaAlN MQW LED性能的影响
• 4.1 巨大正向电流对InGaAlN MQW LED芯片性能的影响
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 实验
• 4.1.3 结果与讨论
• 4.1.4 小结
• 4.2 反向偏置对InGaAlN MQW LED性能的影响
• 4.2.1 引言
• 4.2.2 实验
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.2.4 小结
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 第五章 环境温度对垂直结构InGaAlN MQW LED性能的影响
• 5.1 高温对上下电极结构InGaAlN MQW LED性能的影响
• 5.1.1 引言
• 5.1.2 实验
• 5.1.3 结果与讨论
• 5.1.4 小结
• 5.2 垂直结构InGaAlN MQW LED芯片性能的低温变温研究
• 5.2.1 引言
• 5.2.2 实验
• 5.2.3 结果与讨论
• 5.2.4 小结
• 5.3 环境温度对垂直结构InGaAlN MQW LED性生能的影响
• 5.3.1 引言
• 5.3.2 实验
• 5.3.3 结果与讨论
• 5.3.4 小结
• 5.4 垂直结构InGaAlN MQW LED一种老化现象
• 5.4.1 引言
• 5.4.2 实验
• 5.4.3 结果与讨论
• 5.4.4 小结
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 总结
• 攻读博士学位期间发表的论文目录
• 致谢