GaN基垂直结构LED及其欧姆接触研究

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GaN基LED已经被广泛用于交通信号显示、大屏幕显示、液晶背光源、景观装饰及通用照明等领域。在实现固态照明方面,大功率垂直结构LED是理想的照明光源。通过键合和激光剥离技术可以将蓝宝石衬底上的GaN基LED转移到导电、导热性良好的热沉上,从而制备出性能更为优越的大功率垂直结构LED。但是,基于此技术的GaN基垂直结构LED制备目前仍面临着一些技术难题。本文针对这些问题,研究了GaN基垂直结构LED转移Si衬底的键合和激光剥离技术,并在此技术基础上对如何获得低接触电阻、高反射率的p-GaN欧姆接触电极和高质量的N面n-GaN欧姆接触电极进行了深入的探讨,取得的主要成果如下:   1.我们采用Ag胶、AuSn及Au-Au键合技术均成功制备了1mm×1mm大功率GaN基垂直结构LEDs。通过对Au-Au键合工艺存在的主要问题的深入分析,我们得到了优化的Au-Au键合条件。所制备的垂直结构LED具有良好的电学性质:-5V下的反向漏电可达10-7~10-8A量级,350mA下的工作电压低于3.4V。在激光剥离方面,得到了不同衬底和反射镜的激光剥离条件。   2.在p-GaN欧姆接触的研究中,采用了O2等离子体处理p-GaN,发现O2等离子体处理可有效降低p-GaN中的N空位并减小Mg相关的自补偿作用,使得更多的Mg原子起到受主作用,从而有利于p型欧姆接触的形成。   3.设计并制备了p-GaN/InGaN/ITO/Ni/Ag结构的p型反射电极,满足垂直结构LED“低接触电阻、高反射率p电极”的要求。采用ITO和Ni作为中间插入层,可有效提高Ag的粘附性和热稳定性,薄InGaN层的引入降低了p-GaN与ITO之间的接触势垒。另外,从理论模拟和实验得到了反射率最大时p-GaN和ITO的优化厚度;并通过AAO技术在ITO上制备周期性纳米微结构,大大提高了p电极的反射率。   4.详细研究了在不同退火温度下,Ti/Al氮面n-GaN接触的性质及形成机理。我们在非合金和800℃ N2退火条件下得到了Ti/Al氮面欧姆接触。在N面接触稳定性研究方面,通过在接触界面引入Ga金属有效地提高了N面欧姆接触的质量。另外,还研究了ITO与N面n-GaN所形成接触的电学性质和热稳定性。  
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