硅襯底GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED應(yīng)力及I-V特性研究.pdf

1、GaN基LED是半導(dǎo)體照明的核心器件,近年來得到了廣泛的研究。由于GaN體單晶制備困難、價(jià)格昂貴,GaN基LED一般制備在異質(zhì)襯底上。目前基于藍(lán)寶石、SiC和Si等不同的襯底,已經(jīng)形成了三條半導(dǎo)體照明技術(shù)路線。其中Si襯底LED技術(shù)路線起步比較晚,但是由于其在成本和性能等多方面優(yōu)勢,成為近幾年LED學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研究的熱點(diǎn)問題。由于Si襯底對可見光不透明,因此Si襯底LED一般采用襯底轉(zhuǎn)移工藝制備成垂直結(jié)構(gòu)的薄膜型器件。該結(jié)構(gòu)具有取光效

2、率高、散熱性能好、電流分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。然而由于該結(jié)構(gòu)研究時(shí)間較短,有些問題還未得到足夠深入的認(rèn)識,例如:
　　(1)該器件結(jié)構(gòu)需要采用Ag等金屬作為反射鏡,這些金屬在工作條件下是否會向有源區(qū)遷移并影響其性能?
　　(2)該器件結(jié)構(gòu)需要采用薄膜轉(zhuǎn)移工藝來制備,工藝過程中應(yīng)力變化非常復(fù)雜,不同的轉(zhuǎn)移工藝中應(yīng)力狀態(tài)及對器件性能影響有何不同?
　　(3)由于電流分布方式不同于傳統(tǒng)的藍(lán)寶石同側(cè)結(jié)構(gòu),其I-V特性有何不同?對器件可

3、靠性存在哪些影響?等等。
　　本文立足這些問題進(jìn)行了相關(guān)研究,并取得了以下部分有意義和創(chuàng)新性的研究結(jié)果:
　　1)利用高分辨率X射線衍射儀(HRXRD)和二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測試了退火過程中Ag和Pt在不同缺陷密度的硅襯底GaN基LED外延薄膜中的擴(kuò)散情況。發(fā)現(xiàn)Ag在外延薄膜中有一定擴(kuò)散,且外延薄膜缺陷密度越大Ag擴(kuò)散得越多;而Pt在外延薄膜中幾乎沒有擴(kuò)散,且基本不隨外延薄膜缺陷密度的變化而變化。這對了解垂直結(jié)構(gòu)LED

4、的老化失效機(jī)制具有參考意義。
　　2)采用外延片壓焊法和濕法腐蝕將圖形化Si(111)襯底上生長的GaN基LED外延薄膜使用銀錫和黃蠟作為粘接材料轉(zhuǎn)移到新的硅基板上,測試了轉(zhuǎn)移前后以及芯片工藝中外延薄膜的微區(qū)拉曼(Micro-Raman)光譜和變溫光致發(fā)光(PL)譜。研究結(jié)果表明兩種粘接材料對外延薄膜轉(zhuǎn)移過程中應(yīng)力的影響不同。使用柔性更好的黃蠟作為粘接材料時(shí),外延薄膜張應(yīng)力得到很好的釋放且應(yīng)力分布均勻,光致發(fā)光(PL)譜的半峰寬變

5、窄,波長單色性更好。
　　3)利用變溫電致發(fā)光(VTEL)系統(tǒng)測試了幾種不同類型的GaN基LED在不同溫度下的I-V特性曲線和外量子效率(EQE)曲線,結(jié)果表明由于GaN基LED外延薄膜缺陷密度以及芯片結(jié)構(gòu)的不同使得其I-V特性和外量子效率(EQE)變化趨勢有所差別,且兩者的變化趨勢也存在一定關(guān)聯(lián)。另外發(fā)現(xiàn)理想因子與注入強(qiáng)度和溫度存在密切的關(guān)系:理想因子隨注入強(qiáng)度的增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,存在一個(gè)理想因子最低值;而隨溫度的升高