学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

GaN基LED的N极性n型欧姆接触及老化性能研究

作　者: 封飞飞
导　师: 江风益；刘军林
学　校: 南昌大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 硅衬底欧姆接触 N极性 GaN基LED 老化性能
分类号: TN304
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 152次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

近年来,GaN材料以其优良的光电性能,一直是半导体材料领域的研究热点,并且在固态照明领域具有诱人的应用前景。目前多数商业化的GaN基LED通常是在蓝宝石和SiC衬底上,通过有机物化学气相沉积生长。相比这两种衬底,硅衬底不仅具有较低价格、良好的热导性和成熟的生产工艺等优点。而且硅衬底GaN可以非常容易的转移到其它衬底上制成垂直结构LED,有效地解决传统同侧结构带来的电流拥挤、电压过高和散热难等问题,非常适合制作大功率LED,并且转移后的垂直结构芯片还会使N极性面朝上,有利于粗化提高出光效率,改善光电性能。而和同侧结构不同的是垂直结构需要在GaN的N极性面制作优良的n型欧姆接触,这却比在Ga极性面上困难很多。本文对硅衬底GaN基LED N极性n型欧姆接触进行了系统研究；并初步研究分析了硅衬底GaN基功率型蓝光LED老化性能。获得的主要研究成果如下:1、对于光滑面的N极性n-GaN表面,利用稀盐酸清洗,Ti/Al电极不用退火就能获得比接触电阻率低,稳定性好的欧姆接触。2、深入地研究了表面处理对粗化的N极性n-GaN面欧姆接触的影响,结果表明氩气等离子处理+稀盐酸清洗能有效地降低粗化的N极性n-GaN与Al/Ti/Au所形成的欧姆接触电阻率,并且使LED具有稳定的工作电压,XPS结果表明这种处理方式能降低接触表面势垒高度、并且在界面形成大量N空位,且在随后的退火过程中能消耗掉活性O原子。3、首次研究了AlN缓冲层对N极性n型欧姆接触的影响,结果表明AlN缓冲层的存在是硅衬底GaN基LED获得低比接触电阻率、高热稳定性欧姆接触的关键。我们将原因归为：AlN的存在能阻隔内部N原子和Ga原子向外扩散造成的N空位湮灭和Ga空位产生(N空位和Ga空位在GaN中分别起施主和受主的作用)。4、通过传输线法(CTLM)计算了N极性n-GaN与Ti/Al、Al电极形成的非合金欧姆接触电阻率,p0=10-5Ω·cm2。并且不同温度退火后,结果变化不大,说明欧姆接触具有很好的稳定性,这一结果完全可以满足大功率LED的需求。5、比较了硅衬底GaN基LED上Ti/Al、Al/Ti/Au、Cr/Pt/Au和AuGeNi/Ni/Al/Ni/Au电极的性能,结果表明,Al/Ti/Au、Ti/Al能获得较低的欧姆接触电阻率,且LED在老化过程中具有较稳定的工作电压。6、报道了加速老化对硅衬底GaN基功率型垂直结构蓝光LED光电性能影响。结果表明,该芯片封装的LED经过900mA、常温下老化1044h后,没有观察到明显光衰,小电流下外量子效率随老化进行而提高,而大电流下外量子效率未见明显变化,350mA的主波长变化不超过0.2nm,本文将之归因于硅衬底GaN基薄膜较好的晶体质量,良好的散热性以及较合理的芯片结构。综上所述,硅衬底GaN基功率型垂直结构蓝光LED芯片具有优良的可靠性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第1章综述  10-30
  1.1 引言  10-11
  1.2 GaN基薄膜的晶体结构和极性  11-12
    1.2.1 GaN、InN和AlN的晶体结构  11-12
    1.2.2 GaN晶体的极性  12
  1.3 n-GaN欧姆接触形成机理  12-15
    1.3.1 n-GaN欧姆接触形成机理  12-14
    1.3.2 n-GaN欧姆接触的电子输运方式  14-15
  1.4 n-GaN欧姆接触影响因素及设计原则  15-16
  1.5 欧姆接触的表征  16-19
    1.5.1 定性比较  16-17
    1.5.2 定量测量  17-19
  1.6 n-GaN欧姆接触的国内外研究进展  19-23
  1.7 本论文研究的内容及行文安排  23
  参考文献  23-30
第2章表面处理对n-GaN欧姆接触的研究  30-48
  2.1 表面清洗对光滑面n-GaN欧姆接触的影响  30-34
    2.1.1 引言  30-31
    2.1.2 实验  31-32
    2.1.3 结果与讨论  32-34
    2.1.4 小结  34
  2.2 粗化的n-GaN表面处理对欧姆接触影响  34-46
    2.2.1 引言  34-35
    2.2.2 实验  35-37
    2.2.3 结果与讨论  37-46
    2.2.4 小结  46
  2.3 本章小结  46
  参考文献  46-48
第3章 AlN缓冲层对N极性n型欧姆接触影响  48-60
  3.1 引言  48-49
  3.2 实验  49-50
  3.3 结果与讨论  50-56
    3.3.1 样品的表面能谱分析  50-51
    3.3.2 Ti/Al欧姆接触研究  51-53
    3.3.3 Al/Ti/Au姆接触研究  53-55
    3.3.4 LED的工作电压随老化时间的变化  55-56
  3.4 本章小结  56-57
  参考文献  57-60
第4章 n-GaN欧姆接触定量研究及LED电极稳定性  60-71
  4.1 引言  60
  4.2 Si衬底GaN基LED芯片结构  60-61
  4.3 Ga极性与N极性n-GaN上的欧姆接触定量研究  61-65
    4.3.1 引言  61-62
    4.3.2 实验  62-63
    4.3.3 结果与讨论  63-64
    4.3.4 小结  64-65
  4.4 几种金属电极的性能研究  65-68
    4.4.1 引言  65
    4.4.2 实验  65-66
    4.4.3 结果与讨论  66-68
    4.4.4 小结  68
  4.5 本章小结  68-69
  参考文献  69-71
第5章硅衬底GaN基功率型蓝光LED老化性能研究  71-79
  5.1 引言  71
  5.2 实验  71-72
  5.3 结果与分析  72-77
    5.3.1 Ⅰ-Ⅴ特性分析  72-73
    5.3.2 老化过程中L-I曲线分析  73-74
    5.3.3 老化过程中的EQE-J曲线分析  74-75
    5.3.4 老化过程中的WLP、WLD、FWHM-I曲线分析  75-77
  5.4 本章小结  77
  参考文献  77-79
第6章结论  79-80
致谢  80-82
攻读硕士学位期间已发表的论文  82

GaN基LED的N极性n型欧姆接触及老化性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文