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图形化蓝宝石衬底GaN基LED性能分析(2)

时间:2020-01-06 20:59来源:毕业论文
1.1 研究目的及意义 近期,随着科技的发展,大功率发光二极管得到大规模的使用,尤其是在照明领域,新型的LED灯逐渐开始取代常用的荧光灯和白炽灯。

1.1 研究目的及意义

近期,随着科技的发展,大功率发光二极管得到大规模的使用,尤其是在照明领域,新型的LED灯逐渐开始取代常用的荧光灯和白炽灯。LED灯的大规模应用也使其性能要求受到了了严峻的挑战,尤其是在LED芯片这部分。众所周知,一块芯片的好坏直接关系到LED的发光效率和亮度等性能指标,而芯片的好坏受很多因素影响,其中相当重要的就是衬底的性能如何。

目前,由于高质量的GaN晶体难以制备,成本过高,GaN同质衬底目前还不具备大规模生产的条件,所以现在常用蓝宝石,Si以及SiC等材料来制备GaN基LED衬底。而蓝宝石则因其低廉的成本,物理化学性质稳定,得到广泛的应用。但由于蓝宝石衬底与GaN薄膜晶格常数不同,之间存在热膨胀系数失配(34%)以及严重的晶格常数失配(16%),这使得GaN薄膜与蓝宝石衬底之间线性位错密度达到109-1010CM-2。线性位错密度过高导致外延薄膜的光学和电学性质受到影响,这就降低了元器件的寿命和内量子效率。除此之外,空气的折射率n=1,GaN的折射率n=2.5,蓝宝石衬底的折射率n=1.78,这就导致光逃逸角锥的临界角很小,使发光层产生的光子只有小部分射出,其中大量的光子在进行内部全反射后逐渐转化为热量。

因此,为了提高GaN基LED的输出功率,就需要提高芯片的光提取效率和内量子效率。国际上出现了多种解决方案,最受大家关注的便是采用图形化蓝宝石作为衬底来制备GaN基LED,目前在LED行业,大多数的企业都使用蓝宝石作为衬底材料来生长GaN基LED,因为业界在LED亮度的提高方面要求越来越高,为了提高出光的效率,层出不穷的方法得到了实施,图形化衬底技术就是其中较为成功的一种方法。据报道通过使用图形化蓝宝石衬底(PSS)不仅可以降低位错密度,也提高了光提取效率。PSS技术因其高产量备受关注,这是由于其在单一生长过程中没有任何中断。然而,它需要一个相对较长的生长时间,因为在这种模式下生长他需要同时刻蚀和不刻蚀蓝宝石,合并图案的两个区需要同一生长水平来获得平滑的生长表面,因此这就必需要大量的时间。在我们以往的研究中,一个高品质的InGaN/GaN晶片是采用金属-有机化学气相沉积(MOCVD)生长在锥形的图形化蓝宝石衬底(CSPSS)上的。在CSPSS上GaN的生长模式是类似的横向外延生长(ELOG),因为在初始阶段,只在蓝宝石基底上水平生长,而在锥区则不会优先水平生长。相比于常规PSS生长情况,这可以减少获得光滑表面的图形化区域生长所需的生长时间。为了适应白光LED的大规模生产,同样重要的是要知道GaN和蓝宝石交界面的光散射以及结合蓝光LED和荧光粉的颜色转换。本文主要是研究用飞秒激光器刻蚀蓝宝石衬底`优尔^文*论[文]网www.youerw.com,镀膜后从其发光光谱,PL谱以及XRD图谱分析其性能指标,为后续的开发应用提供依据。

表格 1 各种衬底材料对比

材料 蓝宝石(Al2O3) 碳化硅(SiC) 硅(Si) 氮化镓(GaN) 砷化镓

(GaAs)

优点 化学稳定性好;对光吸收少;尺寸大 晶格失配低;化学稳定性好;导热性好;导电性好;对光吸收少 导热性好;导电性好;易于机械加工;尺寸大;价格低 晶格结构相同 图形化蓝宝石衬底GaN基LED性能分析(2):http://www.youerw.com/wuli/lunwen_44648.html

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