Si衬底GaN基蓝光LED芯片出光效率的研究

摘要

近几年来，GaN基LED发展迅猛，但其成本和发光效率一直是制约LED在照明领域广泛应用的主要瓶颈。Si衬底GaN基LED的出现，虽然在成本等方面显现出优势，但其出光效率的研究仍然处于起步阶段。本文就提高Si衬底GaN基LED芯片的出光效率入题，对LED芯片的增透和湿法粗化两种方法进行了探讨，获得了如下一些有新意的研究结果： 1．湿法粗化是提高Si衬底GaN基LED芯片出光效率有效的方法之一。其粗化机理遵循极性选择机制：N极性GaN比Ga极性GaN更容易被粗化。另外AIN和GaN具有相似的腐蚀机制。所用的Si衬底LED芯片的出光面是AlGaN且呈N极性，本文采用KOH溶液湿法粗化芯片的AIGaN表面。对芯片进行不同时间的粗化，SEM照片显示粗化后的表面出现许多六棱锥。采用电致发光检测系统测量比较湿法粗化前后LED芯片的光学和电学参数。结果表明，不同粗化时间都可以在不破坏电学性能的前提下提高LED的光强。另外，发光波长在粗化后由于应力的释放发生不同程度的蓝移。采用PEC方法进行粗化的实验，结果表明Xe灯光源对粗化有一定辅助作用：在相同粗化时间下，PEC方法粗化的表面比普通湿法粗化的六棱锥的密度明显增加；且PEC方法粗化的光强提高率也比普通湿法粗化高。 2．利用ZnO薄膜的高透光率和化学稳定性，本文选用ZnO作为Si衬底GaN基LED增透膜材料。首先利用磁控溅射系统在玻璃衬底上沉积ZnO薄膜，利用X射线衍射技术、原子力显微镜和分光光度计分别测量了不同溅射工艺条件下淀积的ZnO结晶质量、表面形貌与粗糙度、透光光谱，摸索高透光率所对应的优化工艺条件。比较不同溅射功率下制备的ZnO薄膜，得到150W条件下制备的薄膜结晶质量最好，薄膜最平整且在可见光区的透光率最高。固定150w溅射功率不变，调节不同Ar／02流量比，发现通入02可以明显提高结晶质量和薄膜平整度，最终得到在Ar/O2流量比为2的薄膜结晶性能最好，平整度最高且在可见光区的透光率最高。 3．利用磁控溅射制备ZnO薄膜的优化工艺条件，在Si衬底GaN基蓝光LED芯片上镀厚度为λ/4(约为117nm)的ZnO薄膜作为增透膜。利用电致发光检测系统比较测量未镀膜与镀膜LED芯片的光强、主波长、工作电压及漏电流分布。结果显示镀膜后的芯片，光强略有提高，说明起到了一定增透效果。另外电学性能并没有因此受到破坏。本论文得到了国家863计划和信息产业电子发展基金资助。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 综述

1．1引言

1．2GaN基LED发展概述

1．2．1GaN材料及其发光器件的发展

1．2．2硅衬底GaN基LED的发展

1．3GaN基LED的出光效率

1．3．1基本概念

1．3．2GaN基LED的提取效率

1．4本论文的研究内容和行文安排

参考文献

第二章 硅衬底GaN基蓝光LED芯片湿法粗化的研究

2．1粗化简介

2．1．1LED芯片粗化基本原理

2．1．2LED芯片粗化研究现状

2．1．3湿法粗化机制

2．2实验过程以及表征

2．3结果与讨论

2．3．1不同时间下湿法粗化LED芯片

2．3．2光照对湿法粗化的辅助作用

2．4小结

参考文献

第三章 磁控溅射制备ZnO透明薄膜的研究

3．1ZnO透明薄膜制备简介

3．2ZnO薄膜的生长系统及其表征方法

3．2．1磁控溅射系统简介

3．2．2衬底和靶的选择

3．2．3基本生长工艺

3．2．4性能表征

3．3溅射功率对ZnO薄膜生长的影响

3．3．1不同功率对ZnO淀积速率的影响

3．3．2溅射功率对结晶质量的影响

3．3．3溅射功率对薄膜粗糙度的影响

2．3．4不同溅射功率样品透光率

3．4Ar/O2流量比对ZnO薄膜的影响

3．4．1不同Ar/O2流量比对ZnO淀积速率的影响

3．4．2不同Ar/O2流量比对ZnO结晶质量的影响

3．4．3不同Ar/O2流量比对ZnO粗糙度的影响

3．4．4不同Ar/O2流量比的样品透光率

3．5小结

参考文献

第四章 蓝光LED芯片增透膜的研究

4．1引言

4．2在蓝光LED芯片上镀增透膜

4．2．1思想方法

4．2．2增透膜材料的选择

4．2．3实验过程及表征

4．2．4实验结果

4．3小结

参考文献

第五章 总结和展望

致谢

攻读硕士学位期间已发表的论文