基于GaN FET的LED微显示单片集成技术研究进展

发光二极管(LED)微显示技术由于其潜在应用而倍受关注.与主流的基于硅基驱动器的LED微显示技术不同,采用GaN场效应晶体管(FET)驱动的LED微显示技术制作的器件具有可靠性高和制作工艺简单等优势.总结了各种GaN FET驱动LED微显示的器件结构及性能,这些器件结构包括:直接利用LED外延结构制作FET驱动微型LED发光像素的横向集成结构、HEMT驱动微型LED发光像素的横向叠层结构、纳米线GaN FET驱动LED发光像素的垂直叠层结构.对基于GaN FET驱动的LED微显示技术的进展进行了综述.对GaN FET驱动的LED微显示技术的应用前景和研究方向进行了展望.     

高亮度GaN基蓝光与白光LED的研究和进展

GaN基蓝光LED高亮度化对传统照明光源带来了很大冲击.简述了GaN材料和GaN基蓝光LED器件结构的发展,阐述了为了改善LED性能的一些新措施、LED在照明光源上的应用优势,给出了白光LED的常用制备方法以及最新的研究成果.最后,提出了需要着重解决的问题.     

高亮度GaN基蓝色LED的研究进展

超高亮度GaN基蓝色LED的发展将会引起照明技术的一场革命，它是目前全球半导体领域研究和投资的特点。本文综合分析了GaN材料的特性及相应的材料生长和欧姆接触、刻蚀工艺等关键技术，并对GaN基蓝色LED器件的进一步改进及应用前景作了展望。     

p型InGaN/GaN超晶格N面GaN基LED的光电特性

随着氮(N)面GaN材料生长技术的发展,基于N面GaN衬底的高亮度发光二极管(LED)的研究具有重要的科学意义.研究了具有高发光功率的N面GaN基蓝光LED的新型结构设计,通过在N面LED的电子阻挡层和多量子阱有源层之间插入p型InGaN/GaN超晶格来提高有源层中的载流子注入效率.为了对比N面GaN基LED优异的器件性能,同时设计了具有相同结构的Ga面LED.通过对两种LED结构的电致发光特性、有源层中能带图、电场和载流子浓度分布进行比较可以发现,N面LED在输出功率和载流子注入效率上比Ga面LED有明显的提升,从而表明N面GaN基LED具有潜在的应用前景.     

在侧壁形成导热膜的GaN基发光二极管

研制了一种在侧壁形成导热膜的GaN基发光二极管(LED),其中导热层由氮氧化铝形成,导热层外再覆盖一保护层,保护层选自氧化物、氮化物或氟化物.对LED进行电流加速老化实验,分析输出功率随老化时间的变化关系,可以看到侧壁形成导热膜的GaN基LED的输出功率衰减缓慢.实验表明由于氮氧化铝膜具有良好的导热性,其可以有效地耗散发光部分产生的热量,因此在器件侧壁形成AlON导热膜可以改善GaN基LED的输出特性并提高器件的可靠性.     

GaN基短波光电器件的研究进展

介绍了GaN基发光器件、电子器件以及GaN基紫外光(UV)探测器的研制和发展概况,描述了GaN基短波光电器件的研究进展并对其应用前景进行了展望。     

低成本Si基GaN微电子学的新进展

进入21世纪后,宽禁带半导体GaN微电子学发展迅速,SiC基GaN微电子学已成为微波电子学的发展主流,且正在向更高频率和更高功率密度的新一代GaN微波功率器件发展。为了降低成本,Si基GaN微电子学应运而生,在5G通信、电动汽车等绿色能源应用发展的带动下,Si基GaN微电子学已进入产业化快速发展阶段。介绍了Si基GaN微电子学在射频Si基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)新器件结构、工艺与可靠性,Si基GaN HEMT单片微波集成电路(MMIC),Si基E模功率GaN HEMT结构设计,大尺寸Si基GaN HEMT工艺,Si基GaN功率开关器件的可靠性,Si基GaN功率变换器的单片集成和高频开关Si基GaN器件的应用创新等工程化、产业化方面的最新技术进展。分析和评价了低成本Si基GaN微电子学工程化和产业化的发展态势。     

低成本Si基GaN微电子学的新进展(续)

进入21世纪后,宽禁带半导体GaN微电子学发展迅速,SiC基GaN微电子学已成为微波电子学的发展主流,且正在向更高频率和更高功率密度的新一代GaN微波功率器件发展。为了降低成本,Si基GaN微电子学应运而生,在5G通信、电动汽车等绿色能源应用发展的带动下,Si基GaN微电子学已进入产业化快速发展阶段。介绍了Si基GaN微电子学在射频Si基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)新器件结构、工艺与可靠性,Si基GaN HEMT单片微波集成电路(MMIC),Si基E模功率GaN HEMT结构设计,大尺寸Si基GaN HEMT工艺,Si基GaN功率开关器件的可靠性,Si基GaN功率变换器的单片集成和高频开关Si基GaN器件的应用创新等工程化、产业化方面的最新技术进展。分析和评价了低成本Si基GaN微电子学工程化和产业化的发展态势。     

垂直结构GaN基LEDs热压键合应力损伤分析

热压键合是垂直结构LED制备的关键工艺步骤,通过TEM,PL,Raman等测试手段,探讨热压键合造成的应力损伤、GaN材料缺陷、LED内量子效率以及反向漏电间的内在联系,研究以键合引起的应力诱导垂直结构GaN基LED光电特性的退化机制,探讨应力损伤对垂直结构GaN基LED光电特性的影响.实验结果表明,热压键合过程会在GaN材料内产生GPa量级的残余应力,在量子限制strark效应作用下,GaN材料辐射复合效率发生明显退化;同时热压键合应力还会诱发GaN材料位错密度的增加,最终导致LED反向漏电增大.     

n型GaN欧姆接触的研究进展

Ⅲ-Ⅴ族GaN基材料以其在紫外光子探测器、发光二极管、高温及大功率电子器件等方面的应用潜能而被广为研究.其中,低阻欧姆接触是提高GaN基器件光电性能的关键.金属/GaN界面上较大的欧姆接触电阻一直是影响器件性能及可靠性的一个问题.对于各种应用来说, GaN的欧姆接触需要得到改进.通过对相关文献的归纳分析,本文主要介绍了近年来在改进n-GaN工艺,提高欧姆接触性能等方面的研究进展.     

GaN基HEMT器件抗逆压电性能研究

可靠性问题是GaN基HEMT器件走向实用化的关键,逆压电效应导致器件退化是近年来比较引人瞩目的理论之一。对于GaN基HEMT器件,当其承受外加电场时,由于逆压电效应,电场最终转化成弹性势能。当电场足够大,突破势垒层材料所能承受的临界弹性势能,势垒层材料就会发生松弛。根据逆压电效应导致器件退化机理,从弹性势能的角度出发,对低Al组分AlGaN势垒层、InAlN势垒层和AlGaN背势垒等三种结构进行理论分析。分析表明,三种结构均能较大程度地改善GaN基HEMT器件的抗逆压电能力,从而提高器件可靠性。     

电流拥挤效应对GaN基发光二极管可靠性的影响

文中报道了绝缘蓝宝石衬底上的GaN基发光二极管（LEDs）中,由于横向电阻的存在造成了靠近n型电极台面边缘局部区域电流拥挤,为此从焦耳热和金属电迁移两方面研究了电流拥挤效应对器件可靠性的影响,加速寿命实验结果表明：电流均匀扩展可以使可靠性得到有效改善。     

Improvement of Reliability of GaN-Based Light-Emitting Diodes by Selective Wet Etching With p-GaN

In an attempt to enhance the reliability of GaN-based light-emitting diodes (LEDs), the selective wet chemical etching of p-GaN surface in the GaN-based LEDs using KOH+NaOH in an ethylene glycol solution was investigated. The leakage currents of the etched LED under forward and reverse bias voltages were much lower, compared to those of a nonetched LED. The etched LED also showed improved light extraction efficiency and the degradation rate of light output power at a high injection current of 300 mA was slower than that for a nonetched LED. These results can be attributed to a decrease in the surface defects, an increase in hole concentration, and the increased surface roughness of the etched p-GaN     

A Review on the Physical Mechanisms That Limit the Reliability of GaN-Based LEDs

We review the failure modes and mechanisms of gallium nitride (GaN)-based light-emitting diodes (LEDs). A number of reliability tests are presented, and specific degradation mechanisms of state-of-the-art LED structures are analyzed. In particular, we report recent results concerning the following issues: 1) the degradation of the active layer induced by direct current stress due to the increase in nonradiative recombination; 2) the degradation of LEDs submitted to reverse-bias stress tests; 3) the catastrophic failure of advanced LED structures related to electrostatic discharge events; 4) the degradation of the ohmic contacts of GaN-based LEDs; and 5) the degradation of the optical properties of the package/phosphors system of white LEDs. The presented results provide important information on the weaknesses of LED technology and on the design of procedures for reliability evaluation. Results are compared with literature data throughout the text.     

A 3000 hours DC Life Test on AlGaN/GaN HEMT for RF and microwave applications

Impressive results have been published for GaN-based transistors for large frequency range. Therefore, both single chip and complete amplification system reliability demonstration is becoming an important subject of concern. In this paper a 3000 hour DC life test is described and the last results derived from the data treatment of this test are presented. The transistor parameters show an evolution strictly related to the biasing point. The High Forward Gate Current test does not present any particular degradation of the transistor characteristics. The most important degradation is observed on the drain saturation current during the High Temperature Operating test. The effect of hot-carriers seems to be the main cause for device degradation.     

GaN基蓝光LED关键技术进展

以高亮度GaN基蓝光LED为核心的半导体照明技术对照明领域带来了很大的冲击,并成为目前全球半导体领域研究和投资的热点。本文首先综述了GaN基材料的基本特性,分析了GaN基蓝光LED制程的关键技术如金属有机物气相外延,P型掺杂,欧姆接触,刻蚀工艺,芯片切割技术,介绍了目前各项技术的工艺现状,最后指出了需要改进的问题,展望了末来的研究方向。     

用于GaN生长的生产型MOCVD设备控制系统设计

MOCVD法外延生长GaN基材料作为新世纪的核心技术之一受到全世界的高度重视。MOCVD技术涉及面广,控制对象复杂,且对控制对象的精度、重复性、可靠性要求较高。主要介绍了用于GaN基材料生长的生产型MOCVD(2″×6)设备控制系统的组成与特点。设备运行一年来的结果表明,该系统可靠性高、抗干扰性好、运行效果良好。