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GaN是一种宽禁带半导体材料,被广泛的用于蓝绿光发光二极管,GaN基LED的出现加速了全色显示和固态照明的发展,称为人们研究的热点。GaN基LED所采用的蓝宝石衬底,使GaN基LED的发展受到诸多限制,而激光剥离技术的提出实现了垂直结构的GaN基LED。本文即是围绕GaN基垂直结构LED的制备工艺,器件性能分析展开讨论。主要工作内容包括:
1.GaN基垂直结构LED的关键技术研究。主要研究了p型欧姆接触电极的制备,键合工艺及结果分析,实验分析认为,当键合温度为285℃,键合时间为1.5h,温度下降时间为1-3℃/min,压强为395N/cm2时,可以得到键合层空洞较少,表面较光滑平整的样品。研究了激光剥离条件对剥离后样品表面损伤的影响,最后,对剥离后的样品表面进行表面处理,得到较平整的表而。
2.GaN基垂直结构LED的性能分析及结构优化。首先研究了不同材料p型欧姆接触电极对出光效率的影响,在20 mA注入电流下,采用ITO透明电极的样品表现出较好的性能,光强比Ni/Au电极的样品高出11.96％,光功率高出18.85％。其次,采用GaN/SiO2/Al的ODR结构优化了GaN基垂直结构LED的性能,结果显示,采用ODR结构的样品光功率增加了约25％,说明ODR结构的高反射率确实能使器件内部更多的光线被提取出来,提高了器件的提取效率。
3.LED表面粗化的研究。采用浓度为30％的KOH溶液对GaN基垂直结构LED芯片的表面进行不同时间的湿法粗化,SEM图显示,粗化后芯片表面留下了很多分布均匀的六棱锥。对芯片的光强和光功率测试显示,粗化后的芯片比粗化前的芯片在光强和光功率上均有明显的提高。此外,LED的变电流测试显示,粗化前与粗化后的样品在同一电流下趋向饱和,说明粗化过程的工艺对器件内部有源区没有造成破坏,对器件的热学特性和电学特性均没有造成破坏。最后,利用金属自组装纳米掩膜和ICP刻蚀技术对AlGaInP基LED进行了表面粗化,实验结果表明,此方法可使红光AlGaInP基LED的光强提高27％,光功率提高15％,且可对LED的电性能无明显影响。此外,可通过优化Au颗粒的大小和分散程度,进一步提高AlGaInP-LED的光输出。