发光二极管(LED)是利用半导体中导带电子跟价带空穴发生辐射复合将电能转换为光能的器件,与传统的白炽灯、荧光灯相比,具有高效、节能、长寿命等诸多优点。随着LED外延、芯片和封装技术的进步,蓝光LED光效取得快速提高,已经完全能满足照明需要,因此LED已经从单独追求高光效向全面追求光品质转变。高品质光源因具备低色温、高显指、高光效以及安全舒适等特点。采用多基色(比如:红、黄、绿、青和蓝光)LED混光制备白光恰好能满足以上要求,该技术路线被认为是未来半导体照明的终极方案。在多基色LED混光照明中,红光LED是必要组成部分。跟GaAs衬底晶格匹配的(AlxGa1-x)0.5In0.5P在Al组分小于0.53时,为直接带隙材料,禁带宽度为1.9-2.3eV,可以用来制备红、橙、黄谱段的的发光二极管。经过数十年的发展,通过外延设备、原材料、外延结构、外延工艺方法的协同努力,目前在GaAs衬底上用MOCVD方法生长的红光AlGaInP LED外延材料的内量子效率可以达到90%以上,制备的功率型LED器件电光转换效率超过50%,大大优于其他材料体系制备的红光LED,因此其产业化程度最高的。此外,AlGaInP红光LED还可以广泛应用于LED显示屏、交通信号灯、汽车用灯、城市亮化、植物生长等领域,具有很大的市场容量。在多基色LED混光照明、舞台灯光和植物生长等领域,要求灯具能够发射很高的光通量,内部的LED器件需要具有很好的大电流和高温工作特性。鉴于上述,本文开展了大功率AlGaInP薄膜型LED制备工艺和LED大电流、高温特性研究。在AlGaInP薄膜型LED芯片制备方面,主要开展N面出光的芯片制备研究,重点探讨了 P/N电极拓扑、P面ODR结构的优化和N面电极设计;在LED大电流高温工作特性方面主要研究了功率(EQE)DROOP、波长漂移等现象;另外本文利用CROSSLIGHT公司的APSYS模拟软件对AlGaInP LED的内量子效率(IQE)、光谱和伏安(Ⅰ-Ⅴ)特性进行了初步的模拟分析。论文主要研究成果如下:1.针对N面出光的AlGaInP薄膜型红光LED芯片的n电极的光遮挡、ODR结构上Au/Be的光吸收和优化电流的横向扩展,本文研究了具有P/N电极错位互补拓扑结构设计的Ag基p电极新型AlGaInP薄膜红光LED芯片,通俗来讲,就是在n电极正下方对应的P侧区域进行设置成非欧姆接触反射层,也即Ag直接与SiO2接触,并使P面非欧姆接触反射层的宽度大于n电极宽度,在n电极条中间对应的P面制备小孔电极。研究发现,这种芯片结构设计上的改进,不仅使n电极正下方的无效电流注入降低,同时结合光分布测试发现,还显著改善了电流横向扩展的均匀性,使芯片的有效发光面积增加,性能得到大幅度提升。2.本文还研究了 N面焊盘位置和n电极线数量对芯片电流扩展的影响。n电极线增加,可以提高电流扩展均匀性,但由于电极是吸光的,太多的数量会影响芯片光输出效率,LED出光面上的电极数量优化非常重要。针对芯片面积为42mil×42mil的方形新型AlGaInP薄膜红光LED,实验优选结果是8根n面电极的效果较好。3.在新型AlGaInP薄膜红光LED和InGaN黄光LED的热特性研究中,本文主要关注了 LED灯具实际工作时涉及的300K～400K温度段。Ⅰ-Ⅴ温度特性测试发现InGaN黄光LED的电流传输机制不变,而AlGaInP红光LED从室温下的扩散复合为主导变为遂穿为主。还研究了不同电流密度下AlGaInP红光LED和InGaN黄光LED EQE随温度的变化关系,小电流密度下EQE温度Droop与SRH复合有关,而大电流密度下EQE温度Droop与俄歇复合有关。对比二样品EQE的温度Droop,发现在小电流密度下,InGaN黄光LED EQE温度Droop下降幅度更小的原因可以归因于在InGaN黄光中位错处存在V形坑,可以起到屏蔽位错的作用,因此温度升高,实际参与SRH复合的缺陷并不多。在大电流密度下,AlGaInP红光LED EQE温度Droop更大的原因可以归结于AlGaInP的带隙随温度变化的更快使得俄歇复合系数变化的百分比更大,通过理论公式和实验中的峰值波长随温度的变化关系都证实了 AlGaInP带隙随温度变化更快。还研究AlGaInP红光LED和InGaN黄光LED电压热特性,发现InGaN黄光LED电压温度稳定性较高;另外,本文还研究了 300K下两种LED的峰值波长和半宽随电流的变化规律。4.利用CROSSLIGHT公司的APSYS软件对新型AlGaInP薄膜红光LED进行了模拟。模拟结果跟实际测试比对后发现,模拟输出的IQE和光谱与实际实验测试的匹配较好,但Ⅰ-Ⅴ差异较大。Ⅰ-Ⅴ特性偏离较大的原因可能是材料层界面势垒和串联电阻参数设置不合理引起的,后续需进一步完善模型。