【摘要】：未來(lái)的LED應(yīng)用市場(chǎng)已經(jīng)向大功率、超驅(qū)動(dòng)化發(fā)展,傳統(tǒng)的藍(lán)寶石水平結(jié)構(gòu)LED芯片因其固有的電流擁堵效應(yīng)、散熱差、電極擋光、價(jià)格昂貴等原因已經(jīng)逐漸被垂直結(jié)構(gòu)LED芯片所取代。反射鏡工藝是垂直結(jié)構(gòu)LED的關(guān)鍵核心工藝之一,在p-GaN表面制備高導(dǎo)電性、高反射金屬,可以使垂直結(jié)構(gòu)LED擁有單面出光、高光效等顯著優(yōu)勢(shì)。反射鏡金屬普遍選用Ag因?yàn)锳g是藍(lán)光波段反射率最高的金屬。但是Ag存在黏附性差,功函數(shù)低(4.75e V),高溫退火易團(tuán)簇,易氧化等固有的特性,不能已單層的形式沉積在p-GaN上,因而人們采用各種各樣的插入層,帽子層,或者采用金屬合金化Ag的方式,解決Ag出現(xiàn)這些問(wèn)題。通過(guò)這些方式,能夠解決大部分問(wèn)題,但是接觸層的Ni存在吸光問(wèn)題,Ag在含氧氛圍中高溫退火,產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致Ag的團(tuán)簇和退化等問(wèn)題懸而未決。因此本文的目標(biāo)在于解決這些問(wèn)題,并獲得真正高反射率低接觸阻并存的Ag反射鏡,并取得階段性成果。本文提出Ni/Ag/Ni三明治結(jié)構(gòu)反射鏡作為基線(xiàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并從如下三方面提升光電性能:首先,優(yōu)化接觸層:通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定Ni納米點(diǎn)接觸層的最佳厚度為2?,最優(yōu)粒徑在100~120nm之間,此時(shí)Ni納米點(diǎn)吸光最少,相應(yīng)垂直結(jié)構(gòu)LED芯片光輸出功率達(dá)到梯度條件最高值;并在此基礎(chǔ)上采用純氧退火的方法制備N(xiāo)iO納米點(diǎn)作為接觸層,相應(yīng)垂直芯片LOP進(jìn)一步提升3.09%,接近極限條件Ni(0?)水平;同時(shí),發(fā)現(xiàn)Ni顆粒氧化后粒徑變小,高度變低,還原背底形貌,直觀解釋了其降低吸光的內(nèi)在機(jī)理;其次,優(yōu)化反射鏡層:提出通過(guò)生長(zhǎng)厚度調(diào)節(jié)Ag薄膜殘余應(yīng)力,抑制Ag薄膜團(tuán)簇的機(jī)制;并在75nm的最佳厚度下獲得-0.12GPa的最小殘余應(yīng)力和93%的最高反射率。使用該方法制備的垂直結(jié)構(gòu)芯片在350mA工作電流下達(dá)到2.92V的超低工作電壓和122lm/W的超高光效(白光封測(cè))。同時(shí),還在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)Ni/Ag/Ni反射鏡的退火條件,通過(guò)熱應(yīng)力和形貌的表征得到最優(yōu)退火溫度為415度,退火氛圍為氮氧混合氣,氮?dú)庋鯕獗葹?0:5;最后,優(yōu)化反射鏡制備方法:創(chuàng)新性提出兩步法制備Ag反射鏡,通過(guò)結(jié)合濕法腐蝕和二次退火方法,使反射鏡兼顧高反射率和低接觸電阻的特性,解決了二者無(wú)法并存的經(jīng)典難題。使用該方法制備的垂直結(jié)構(gòu)芯片LOP較常規(guī)垂直結(jié)構(gòu)提升4.1%,電壓穩(wěn)定在3.2V以?xún)?nèi),IR良率穩(wěn)定在86%以上。
【圖文】：

1-1(a)水平結(jié)構(gòu)結(jié)[13](b) 垂直結(jié)構(gòu)LED芯片結(jié)構(gòu)圖[14](c) 水平結(jié)構(gòu)(d)垂直結(jié)構(gòu)LED芯片電流分布而垂直結(jié)構(gòu) LED 可以完美的解決這兩個(gè)問(wèn)題，垂直結(jié)構(gòu)如圖 1-1(b)所示，其 p 電極 n 電極分別位于兩側(cè)，n 電極為圖形化電極，p 電極為整面電極,p 電極沉積在導(dǎo)電襯上�；诖耍�(dāng)驅(qū)動(dòng)電流加在 p/n 電極上時(shí)，電流幾乎全部垂直流過(guò) GaN 外延層，沒(méi) x 軸向的分量，因此電流分布更加均勻，不存在電流擁堵的情況，出光也更加均勻，且由于電阻減少，使得電流產(chǎn)生的熱量也減少，，從而使得電光轉(zhuǎn)換效率大大提高；同，電極在兩側(cè)減少了電極擋光面積，提高了有效發(fā)光面積，完美解決了水平結(jié)構(gòu)存在問(wèn)題。臺(tái)灣國(guó)立成功大學(xué) Yang 等人[20]提出結(jié)合藍(lán)寶石激光剝離和電鍍 Ni 技術(shù)，制備的ED 在 350mA 輸入電流下，光通量比水平結(jié)構(gòu)高出 226%。臺(tái)灣國(guó)立中興大學(xué) Wuu 等[21]在最早在 GaN 表面生長(zhǎng)一層金屬反射鏡，再激光剝離藍(lán)寶石后將 GaN 鍵合在 S，在 20mA 下器件光輸出達(dá)到水平結(jié)構(gòu)兩倍。臺(tái)灣國(guó)立中興大學(xué) Huang 等人[22]采用

必須引入疊層金屬或合金方式來(lái)保護(hù) Ag 層性能不受破壞。表 1-1 常見(jiàn)金屬功函數(shù)表（單位：電子伏特，eV）功函數(shù) 金屬 功函數(shù) 金屬功函數(shù) 金屬 功函數(shù)金屬 功函4.26 Al 4.28 As 3.75 Au 5.1 B 4.44.98 Bi 4.22 C 5 Ca 2.87 Cd 4.25 Cr 4.5 Cs 2.14 Cu 4.65 Eu 2.4.2 Gd 3.1 Hf 3.9 Hg 4.49 In 4.12.3 La 3.5 Li 2.9 Lu 3.3 Mg 3.64.6 Na 2.75 Nb 4.3 Nd 3.2 Ni 5.14.25 Pt 5.65 Rb 2.16 Re 4.96 Rh 4.94.55 Sc 3.5 Se 5.9 Si 4.85 Sm 2.2.59 Ta 4.25 Tb 3 Te 4.95 Th 3.3.84 U 3.63 V 4.3 W 4.55 Y 3.
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN312.8

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 曾勇平;劉文杰;翁國(guó)恩;趙婉茹;左海杰;余健;張江勇;應(yīng)磊瑩;張保平;;Effect of In Diffusion on the Property of Blue Light-Emitting Diodes[J];Chinese Physics Letters;2015年06期

2 魏政鴻;云峰;丁文;黃亞平;王宏;李強(qiáng);張燁;郭茂峰;劉碩;吳紅斌;;低接觸電阻率Ni/Ag/Ti/Au反射鏡電極的研究[J];物理學(xué)報(bào);2015年12期

3 唐曉琦;淮璞;;大尺寸硅片超薄技術(shù)[J];半導(dǎo)體技術(shù);2014年06期

4 熊貽婧;張萌;熊傳兵;肖宗湖;王光緒;汪延明;江風(fēng)益;;Si襯底GaN基LED外延薄膜轉(zhuǎn)移至金屬基板的應(yīng)力變化[J];發(fā)光學(xué)報(bào);2010年04期

5 劉乃鑫;王懷兵;劉建平;牛南輝;韓軍;沈光地;;p型氮化鎵的低溫生長(zhǎng)及發(fā)光二極管器件的研究[J];物理學(xué)報(bào);2006年03期

6 莫春蘭,方文卿,王立,劉和初,周毛興,江風(fēng)益;硅襯底GaN基LED的研究進(jìn)展[J];液晶與顯示;2005年05期

7 徐波 ,余慶選 ,吳氣虹 ,廖源 ,王冠中 ,方容川;應(yīng)力和摻雜對(duì)Mg:GaN薄膜光致發(fā)光光譜影響的研究[J];物理學(xué)報(bào);2004年01期

本文編號(hào)：2698666