硅衬底GaN基LED钝化层与P面欧姆接触的研究

论文摘要

近几年来,在Si衬底上生长GaN取得了很大的进展。相对于不导电的蓝宝石衬底,Si衬底的散热好,价格低,并且已经成功研制出了垂直结构的LED。相对于同侧结构的LED,垂直结构的GaN基LED能够缓解电流拥堵,散热性差等同侧结构LED的固有缺点,有效提高器件的可靠性与寿命,并且可以采用表面粗化以及反射镜来提高器件光提取效率。Si衬底垂直结构的LED,仅用简单的化学腐蚀就可以轻松去除,这成为其又一巨大的优势。本文研究SiON钝化层对Si衬底GaN基蓝绿光LEDs稳定性能的影响以及Ag与sj衬底P-GaN欧姆接触和反射率。获得的部分创新研究成果有：对4种不同钝化层si衬底绿光LEDs进行超大电流密度（312A/cm2）加速老化。结果表明完全钝化（侧面和台面均钝化）的硅衬底绿光LED呈现良好的可靠性。SiON （尤其是侧边钝化层）能钝化芯片表面态,抑制老化过程中的热生缺陷的产生,从而减少漏电流,降低光功率衰减等。长有SiON钝化层的si衬底蓝绿光LEDs的光功率分别提高12.9%和7.4%。此外,值得一提的是,在电流密度高达312A/cm2时加速老化168小时,即使无钝化层的样品,20mA工作电流下光功率衰减也仅为10.94%。经30mA电流（大电流密度156A/cm2）老化1032小时后,有钝化层的绿光LEDs的波长漂移小于0.7nm, VF2变化为0.003V,基本没有变化。SiON钝化层能有效吸收蓝光LEDs发光中的短波辐射以及隔离环氧与高温芯片,减缓对环氧树脂的老化,从而降低芯片的光衰。为了测量3种Mg激活条件和不同退火温度下P面Ag的反射率,找出最佳的工艺条件,本实验首次提出用蓝宝石LED外延片在3种激活条件下,不同退火温度下退火,并测量了Ag的反射率。结果表明牺牲Ni工艺的Ag反射率随着退火温度一直升高。而牺牲Pt在400℃最高,随后降低。用Si衬底LED外延片,在不同激活条件和不同温度下退火,结果表明300℃牺牲Pt的Ⅰ-Ⅴ性能最佳,但是随后下降与牺牲Ni的无区别。综合Ⅰ-Ⅴ特性和反射率,文本结果为在50℃牺牲Ni的条件最佳。对比有无Cr/Pt覆盖层,在不同温度下退火以及AFM的粗糙度,结果表明Ag球聚导致反射率降低。Cr/Pt覆盖层能有效防止Ag发生球聚,提高反射率。400℃退火,在玻璃上测试的有Cr/Pt覆盖层的Ag的反射率达到92.68%,与理论值96%很接近。以上研究结果在本单位生产基地芯片生产中部分采用。本文得到了国家863课题和教育部半导体照明技术创新团队研究经费的资助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 引言
• 1.2 GAN的基本晶体结构参数
• 1.3 GAN多量子阱LED的电学性质
• 1.3.1 pn结的电子空穴注入
• 1.4 GAN多量子阱LED的光学性质
• 1.4.1 内量子效率
• 1.4.2 外量子效率
• 1.4.3 主波长,峰值波长,光通量
• 1.5 P型欧姆接触
• 1.5.1 P型欧姆接触原理
• 1.5.2 P型欧姆接触的研究现状
• 1.6 钝化层
• 1.6.1 钝化层的必要性
• 1.6.2 钝化层的生长方法
• 1.6.3 钝化层的研究现状
• 1.6.3.1 化层应力的相关研究
• 1.6.3.2 钝化层的增透性的相关研究
• 1.6.3.3 钝化层增强LED的稳定性能
• 1.7 本论文的研究内容
• 参考文献
• 第二章 SION薄膜的性能以及对LED外量子效率的研究
• 2.1 PECVD参数对SION薄膜性能的影响
• 2.1.1 实验
• 2.1.2 结果与讨论
• 2.1.3 结论
• 2.2 SION薄膜提高LED外量子效率的影响
• 2.2.1 实验
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.3 结论
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 SION钝化层对蓝绿光GAN基LED老化性能的研究
• 3.1 特大电流密度老化对不同SION钝化层绿光LED性能的影响
• 3.1.1 实验
• 3.1.2 结果与讨论
• 3.1.3 结论
• 3.2 不同电流老化对有无钝化层绿光LED光电性能的影响
• 3.2.1 实验
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.3 结论
• 3.3 不同电流老化对有无钝化层蓝光LED光电性能的影响
• 3.3.1 实验
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.3.3 结论
• 3.4 老化温度对有无钝化层蓝光LED性能的影响
• 3.4.1 实验
• 3.4.2 结果与讨论
• 3.4.3 结论
• 3.5 蓝绿光有无钝化层LEDs的性能对比
• 3.5.1 实验
• 3.5.2 结果与讨论
• 3.5.3 结论
• 3.6 小结
• 参考文献
• 第四章 合金条件对P电极光电性能的影响
• 4.1 退火温度以及MG激活条件对于P电极反射率的影响
• 4.1.1 实验
• 4.1.2 结果与讨论
• 4.1.3 结论
• 4.2 退火温度与MG激活条件对于P电极Ⅳ特性的影响
• 4.2.1 实验
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.2.3 结论
• 4.3 小结
• 参考文献
• 第5章 结论
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表的论文