新型薄膜全方位反射發(fā)光二極管的設計與研究.pdf

1、二十世紀60年代，第一支紅光發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，LED)誕生。在近50年的時間里，半導體光電子產業(yè)不斷地前進，發(fā)展。隨著紅色，橙色，黃色AlGaInP二極管和藍色，綠色GaN基二極管的發(fā)明，使用光電二極管進行高亮度全色照明成為了可能。因此半導體光電子技術被看為當今最具發(fā)展前景的高技術領域之一，具有巨大的社會和經濟效益。但目前市場上高亮度LED的核心技術都被掌握在美，日等發(fā)達國家手中，國家也投入巨資，希望

2、改變這種現(xiàn)狀。本文提出了一種新的基于Au/Au固相直接鍵合的AlGaInP紅光LED結構，從原理和結構設計上解決了傳統(tǒng)AlGaInP紅光LED發(fā)光效率低，熱效應差等問題，這對促進我國半導體光電事業(yè)的發(fā)展具有重大意義。 本文圍繞薄膜全方位反射LED的兩個關鍵技術：固相Au/Au直接鍵合技術和全方位反光鏡技術展開研究。成功地利用固相Au/Au直接鍵合工藝將AlGaInP紅光LED外延片從GaAs襯底轉移到Si襯底上，并在鍵合界面制作

3、了全方位反光鏡(Omni-directional Reflector， ODR)結構，鍵合過程沒有對ODR結構產生破壞性影響，具體研究內容可歸納如下： 1.固相晶片直接鍵合技術的研究 對晶片之間的固相直接鍵合進行理論分析，研究了影響晶片直接鍵合的幾個重要因素，包括鍵合樣品晶片的表面形貌，晶片表面化學狀態(tài)及化學處理和鍵合過程中退火溫度對于鍵合成功率及鍵合質量的影響。為進一步深入研究GaAs與Si襯底之間的固相直接鍵合以及提

4、高鍵合效率、保證鍵合工藝的穩(wěn)定性打下基礎。 2.固相晶片直接鍵合界面的測試分析 從微結構、元素分布、鍵合強度等幾個方面測試分析直接鍵合晶片的界面特性。測試固相Au/Au直接鍵合的強度，以確定其是否滿足后續(xù)減薄，選擇性腐蝕等工藝的需要。為了確定鍵合工藝，比較直接鍵合和Au/Si共熔鍵合對鍵合晶片和鍵合界面的影響。 3.薄膜全方位反射發(fā)光二極管結構設計 分析限制傳統(tǒng)結構紅光AlGaInP-LED光提取效率的因

5、素，然后對幾種國內外常用的提高紅光LED光提取效率的技術進行簡要介紹，并對其中涉及的理論進行分析。綜合上述幾種技術的優(yōu)點，提出薄膜全方位反射發(fā)光二極管(Thin FilmODR-LED)的新結構，來改善LED的光提取效率。設計ODR-LED的整體結構，對ODR-LED的關鍵部件如反光鏡選擇、窗口層材料選擇等做出選擇，指出提高器件光提取效率的重要因素，并論證全方位反光鏡結構能大幅度提高LED的光提取效率。 4.薄膜全方位反光鏡LE