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Si衬底GaN基蓝光LED芯片出光效率的研究

作　者: 俞振南
导　师: 江风益
学　校: 南昌大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: Si衬底 GaN LED芯片 出光效率 ZnO 增透膜 粗化
分类号: TN312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


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AlN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AlGaN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/O2流量比,发现通入O2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。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章 综述  9-24
  1.1 引言  9
  1.2 GaN基LED发展概述  9-11
    1.2.1 GaN材料及其发光器件的发展  9-10
    1.2.2 硅衬底GaN基LED的发展  10-11
  1.3 GaN基LED的出光效率  11-18
    1.3.1 基本概念  11-13
    1.3.2 GaN基LED的提取效率  13-18
  1.4 本论文的研究内容和行文安排  18-20
  参考文献  20-24
第二章 硅衬底GaN基蓝光LED芯片湿法粗化的研究  24-41
  2.1 粗化简介  24-27
    2.1.1 LED芯片粗化基本原理  24
    2.1.2 LED芯片粗化研究现状  24-25
    2.1.3 湿法粗化机制  25-27
  2.2 实验过程以及表征  27-30
  2.3 结果与讨论  30-37
    2.3.1 不同时间下湿法粗化LED芯片  30-35
    2.3.2 光照对湿法粗化的辅助作用  35-37
  2.4 小结  37-38
  参考文献  38-41
第三章 磁控溅射制备ZnO透明薄膜的研究  41-64
  3.1 ZnO透明薄膜制备简介  41-44
  3.2 ZnO薄膜的生长系统及其表征方法  44-48
    3.2.1 磁控溅射系统简介  44-46
    3.2.2 衬底和靶的选择  46-47
    3.2.3 基本生长工艺  47-48
    3.2.4 性能表征  48
  3.3 溅射功率对ZnO薄膜生长的影响  48-54
    3.3.1 不同功率对ZnO淀积速率的影响  49-50
    3.3.2 溅射功率对结晶质量的影响  50-52
    3.3.3 溅射功率对薄膜粗糙度的影响  52-53
    3.3.4 不同溅射功率样品透光率  53-54
  3.4 Ar/O_2流量比对ZnO薄膜的影响  54-59
    3.4.1 不同Ar/O_2流量比对ZnO淀积速率的影响  54-55
    3.4.2 不同Ar/O_2流量比对ZnO结晶质量的影响  55-56
    3.4.3 不同Ar/O_2流量比对ZnO粗糙度的影响  56-57
    3.4.4 不同Ar/O_2流量比的样品透光率  57-59
  3.5 小结  59-60
  参考文献  60-64
第四章 蓝光LED芯片增透膜的研究  64-74
  4.1 引言  64-66
  4.2 在蓝光LED芯片上镀增透膜  66-72
    4.2.1 思想方法  66-67
    4.2.2 增透膜材料的选择  67-68
    4.2.3 实验过程及表征  68-69
    4.2.4 实验结果  69-72
  4.3 小结  72-73
  参考文献  73-74
第五章 总结和展望  74-76
致谢  76-77
攻读硕士学位期间已发表的论文  77

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体二极管 > 二极管：按结构和性能分 > 发光二极管
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