提高GaN基LED的光提取效率之激光剝離技術(shù)的研究.pdf

1、半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED是一種可將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿挠性雌骷瑢儆诠虘B(tài)光源。在半導(dǎo)體LED的大家族中，尤以GaN基LED的發(fā)展和研究引人注目。GaN材料由于其直接帶隙、優(yōu)良的光電特性，以及近些年GaN基半導(dǎo)體材料在薄膜制備，晶體生長(zhǎng)等光電器件制備方面取得多項(xiàng)重大技術(shù)突破，因而被譽(yù)為照明領(lǐng)域發(fā)展的動(dòng)力。然而，由于GaN基LED中藍(lán)寶石襯底的限制阻礙著GaN基LED器件的發(fā)光效率以及其光電性能的提高，為此提出激光剝離技術(shù)。通過激光剝離技術(shù)并結(jié)合

2、晶體鍵合技術(shù)以及電鍍技術(shù)將GaN基LED從藍(lán)寶石襯底上轉(zhuǎn)移至導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能更好的其他襯底材料上，從而提高GaN基LED的光提取效率及光電性能。 本論文主要圍繞提高GaN基LED的光提取效率之激光剝離技術(shù)以及基于激光剝離技術(shù)的垂直型GaN基LED器件的制備進(jìn)行研究。通過激光剝離并結(jié)合晶體鍵合技術(shù)，成功地將GaN薄膜從藍(lán)寶石上剝離并轉(zhuǎn)移至Si襯底上，且GaN薄膜的特性沒有受到損傷和破壞。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合電鍍Cu襯底的方式，制備出能發(fā)

3、光的垂直型GaN基LED器件。 首先從理論上分析了造成GaN基LED光提取效率較低的原因以及對(duì)應(yīng)的解決方案。重點(diǎn)討論了如何消除藍(lán)寶石襯底給器件性能帶來(lái)的破壞，由此提出激光剝離技術(shù)并分析了利用激光剝離技術(shù)提高GaN基LED光電性能的可行性。詳細(xì)介紹了激光剝離技術(shù)的原理，裝置系統(tǒng)。設(shè)計(jì)出利用激光剝離技術(shù)進(jìn)行GaN薄膜的單片剝離以及垂直型LED制備的工藝流程，并分析了激光剝離后GaN薄膜或GaN垂直LED器件所應(yīng)達(dá)到的技術(shù)目標(biāo)。對(duì)激光

4、剝離中主要參數(shù)的選取進(jìn)行了理論分析和計(jì)算，并在理論計(jì)算值的指導(dǎo)下，進(jìn)行單片GaN薄膜從藍(lán)寶石襯底剝離的實(shí)驗(yàn)。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終確定出能實(shí)現(xiàn)GaN薄膜完整、無(wú)損剝離的激光光束的能量密度等參數(shù)。 對(duì)實(shí)現(xiàn)完整、無(wú)損傷激光剝離中，關(guān)鍵工藝之鍵合技術(shù)進(jìn)行研究。介紹并分析了各種晶體鍵合方式的原理和適用性。根據(jù)激光剝離藍(lán)寶石襯底所需達(dá)到的技術(shù)目標(biāo)以及GaN材料特性，確定采用低溫熔融鍵合方式進(jìn)行新襯底Si的鍵和。設(shè)計(jì)出采用不同材料作為鍵合介質(zhì)的

5、鍵合工藝流程，并確定不同鍵合方案的鍵合工藝條件。對(duì)采用不同鍵合介質(zhì)的鍵合樣品的鍵合強(qiáng)度和均勻性進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)鍵合后的樣品進(jìn)行激光剝離實(shí)驗(yàn)，最終找出適合于本課題組采用的鍵合金屬介質(zhì)和鍵合工藝條件。此外，對(duì)激光剝離中，激光輻照樣品后，在藍(lán)寶石/GaN界面生成的物質(zhì)的成分及其化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試。分析了在藍(lán)寶石/GaN界面處GaN熱分解產(chǎn)生的金屬Ga難以去除的原因，并給出相應(yīng)的解決方法。探討利用激光剝離技術(shù)制備垂直型GaN基LED的可行性。提出了