图形化蓝宝石衬底结构对GaN基LED发光性能的影响

为了研究图形化蓝宝石衬底(PSS)的结构和形貌对GaN基发光二极管(LED)光学性能的影响,对PSS的制备工艺和参数进 行了调控,从而 形成具有不同填充因子的蒙古包形PSS(HPSS)和金字塔形PSS(TPSS)两种衬底,用于生长 和制备蓝光LED 芯片。通过对TPSS-LED的光学性能测试和分析得到,随着PSS填充因子的增大, LED的 光输出功 率也增大;进而比较具有相同填充因子的HPSS和TPSS的光学性能表明,HPSS明显优于TPSS。 因此, PSS填充因子的增大,能够提高LED的光输出功率;优化PSS的结构可以改善LED中光出射途径 ,从而更有效提高LED的光发射效率。     

LED用图形化蓝宝石衬底的干法刻蚀工艺

近年来,图形化蓝宝石衬底(PSS)作为GaN基LED外延衬底材料被广泛应用。采用感应耦合等离子体(ICP)技术对涂覆有光刻胶阵列图案的蓝宝石衬底进行刻蚀。通过研究及优化不同ICP刻蚀工艺参数对刻蚀速率和选择比的影响,分别成功制备出蒙古包形和圆锥形图形化蓝宝石衬底片,并在其表面完成InGaN/GaN多量子阱外延及芯片工艺。借助光致发光和电致发光等手段测试其LED器件的光电学性能。实验结果发现圆锥形的图形化蓝宝石衬底拥有更强的光功率和更窄的半峰宽,说明这种形貌的衬底在GaN外延时有效减少了晶格失配造成的缺陷,提高了晶体质量,从而更有效地增加LED出光效率。     

LED蓝宝石图形化衬底的研究进展及发展趋势

图形化蓝宝石衬底作为GaN基LED照明外延衬底材料,由于其能降低GaN外延薄膜的线位错密度和提高LED的光萃取效率的显著性能在近几年来引起国内外许多科研机构和厂商的广泛兴趣。从衬底的制备工艺、图形尺寸角度出发,综述了图形化蓝宝石衬底GaN基LED的研究进展,并对其未来在大功率照明市场的应用进行了展望。     

对胶体球光刻中单层胶体晶体曝光特性的研究

对胶体球光刻中单层胶体晶体(MCC)的曝光特性进行了研究。利用磁控溅射的方法在蓝宝石衬底上生长SiO2薄膜并旋涂光刻胶,通过固液界面自组装的方法在光刻胶上制备了单层胶体晶体。胶体球光刻利用单层胶体晶体作为微透镜阵列,通过紫外曝光的方法在光刻胶上制备微孔阵列。光刻胶上图形的周期性与胶体球的直径有关,并且大直径的胶体球的聚光性能要强于小直径胶体球,在曝光过程中随着曝光时间的增加,由于曝光量的增加以及光刻胶的漂白现象,光刻胶上微孔的尺寸也在增加。最后以曝光后的光刻胶为掩膜,将感应耦合等离子体刻蚀技术(ICP)以及湿法腐蚀相结合,制备出了图形化蓝宝石(PSS)衬底。     

图形化蓝宝石衬底形貌对GaN基LED出光性能的影响

近年来,图形化蓝宝石衬底(PSS)作为GaN基LED外延衬底材料被广泛应用.通过干法刻蚀和湿法腐蚀制备了不同规格和形状的蓝宝石衬底图形,并进行外延生长、芯片制备和封装验证,采用扫描电子显微镜(SEM)和3D轮廓仪进行形貌表征,研究了不同规格和形状的衬底图形对LED芯片出光性能影响,并与外购锥形衬底(PSSZ2)进行对比.结果表明,在20 mA工作电流下,PSSZ2的LED光通量为8.33 lm.采用类三角锥和盾形衬底的LED光通量分别为7.83 lm和7.67 lm,分别比PSSZ2衬底低6.00％和7.92％.对锥形形貌进行优化,采用高1.69 μm、直径2.62 μm、间距0.42 μm的锥形衬底(PSSZ3)的LED光通量为8.67 lm,比PSSZ2衬底高4.08％,优化的PSSZ3能有效地提高LED出光性能.     

图形化蓝宝石衬底表面原位处理对GaN外延薄膜的影响

采用预铺Ga或NH_3氮化等方式原位处理图形化蓝宝石衬底(PSS)表面,然后外延生长了GaN薄膜,研究了PSS表面预处理对GaN薄膜表面形貌、晶体质量以及残余应力的影响。结果显示,PSS经过预铺Ga后生长的GaN薄膜具有平滑的表面和清晰平直的原子台阶,且位错密度最低;氮化后生长的GaN薄膜原子台阶较宽,螺型位错密度较低;衬底未经表面处理生长的GaN薄膜,原子台阶模糊,位错密度最高;同时,与氮化或未经预处理的方法相比,经过预铺Ga的方式预处理PSS表面后生长的GaN薄膜残余应力最小。分析认为,预铺Ga、氮化等方式处理衬底表面,改变了PSS微结构,有利于生长表面平滑、晶体质量高、残余应力小的GaN薄膜。     

图形化蓝宝石衬底GaN基LED的研究进展

蓝宝石衬底作为发光二极管最常用的衬底,经过不断发展,在克服其与GaN间晶格失配和热膨胀失配问题上,研究人员不断提出解决方案。近期发展起来的图形化衬底技术,除了能减少生长在蓝宝石衬底上GaN之间的差排缺陷,提高磊晶质量以解决失配问题,更能提高LED的出光效率。从衬底图形的形状、尺寸、制备工艺出发,回顾了图形化蓝宝石衬底GaN基LED的研究进展,详细介绍了近年来关于图形化衬底技术与其他技术在提高LED性能方面的结合,总结了图形化蓝宝石衬底应用于大尺寸芯片的优势,并对其未来在大功率照明市场的应用进行了展望。     

LED用蓝宝石平片湿法清洗研究

目前的工业化生产中主要通过化学机械抛光来清洗平片,经过抛光后的平片表面布满悬挂键,表面活性高,极易吸引污染物。本文对LED用蓝宝石平片湿法清洗工艺展开研究,通过正交试验,研究清洗参数对蓝宝石平片良率、明缺和暗缺的影响。实验结果表明：当去离子水/双氧水/硫酸配比1:1:3.5、时间10min、温度110℃时,有着最好的清洗效果。使用优化后的清洗工艺参数,进行千片级的清洗验证,良率达到93%,表面残留颗粒降至5颗以内。本研究揭露了蓝宝石平片的相关清洗方法与参数,并进行了批量清洗验证,对后续工业化清洗提供了参考。     

图形化蓝宝石衬底工艺研究进展

图形化蓝宝石衬底(PSS)技术是一种提高LED亮度的新技术。结合光刻和刻蚀工艺制作图形化蓝宝石衬底。有关图形化蓝宝石衬底的研究主要集中在对光刻和刻蚀工艺的研究,以及图形化蓝宝石衬底提高LED亮度的机理。目前微米级图形化蓝宝石衬底已经得到普遍的应用,与基于平坦蓝宝石衬底的LED相比,PSS-LED的发光功率提高了30%左右。图形化蓝宝石衬底技术的发展经历了从早期的条纹状图形到目前应用较广的半球形和锥形图形,从湿法刻蚀到干法刻蚀,从微米级到纳米级图形的演变。由于能够显著提高LED亮度,纳米级图形化蓝宝石必将得到广泛的运用。     

图形化蓝宝石衬底技术综述

采用图形化蓝宝石衬底(PSS)技术可以降低GaN外延层材料位错密度,提高了发光二极管(LED)的内量子效率(IQE),同时使LED光析出率(LEE)提高。基于PSS技术可以制作高效GaN基高亮度LED。基于已公开发表文献对用于高效LED制作的PSS技术做了综述,介绍了PSS技术演化、PSS的制作方法与主要的图形结构、PSS上GaN外延层生长机制以及PSS对LED性能的影响。PSS结构对LED的IQE与LEE均有提高,但对二者哪个提高更为有效没有定论,最近的研究结果倾向于以为对LEE提高更为有效。PSS对LED的IQE与LEE提高的机制目前并不是非常清楚,对公开发表的PSS对LEE的提高机制提出了不同看法。不同PSS结构与尺寸对GaN质量以及LED性能的影响方面的研究目前还非常缺乏。     

基于图形化蓝宝石衬底的HB-LED研究进展

为了制作高亮度LED,需要在图形化蓝宝石衬底上生长GaN材料。通过光刻在平坦蓝宝石衬底上制作掩膜图形,通过刻蚀将图形转移到蓝宝石衬底,得到图形化蓝宝石衬底。在图形化蓝宝石衬底上进行GaN的侧向外延生长,并做后续处理,就制成了基于图形化蓝宝石衬底的高亮度LED。图形化蓝宝石衬底上GaN的侧向外延生长使得外延材料的位错密度从1010 cm-2降低到107 cm-2,这减少了发生非辐射复合的载流子,多量子阱发射更多的光子,LED的内量子效率提高。此外,图形化蓝宝石衬底能够有效散射从多量子阱射出的光线,使得出射光射到逃离区的几率更大,从而提高光萃取率。内量子效率和光萃取率的提高大大改善了LED的光电特性。     

蓝宝石衬底nm级CMP技术研究

介绍了蓝宝石衬底的化学机械抛光工艺,讨论分析了影响蓝宝石衬底化学机械抛光的因素,定量确定了最佳CMP工艺。提出先以重抛过程提高蓝宝石抛光速率,然后以轻抛过程降低最终表面粗糙度的工艺路线。在配制抛光液时加入FA/OⅠ型活性剂保护SiO2胶粒的双电子层结构。在轻抛过程之前抛光垫用原液浸泡20～30min,抛光磨料直径为20～40nm。实验最佳工艺条件下的抛光速率达231.6nm/min,粗糙度降至0.34nm。     

蓝宝石衬底材料CMP抛光工艺研究

介绍了蓝宝石衬底的化学机械抛光工艺,阐述了蓝宝石衬底的应用发展前景以及加工工艺中存在的问题,总结了影响CMP工艺的多种因素,并系统地分析了蓝宝石抛光工艺过程的性能参数及其影响因素,提出了优化方案,采用大粒径、低分散度的磨料,加入有机碱及活性剂,能够有效提高蓝宝石表面的性能及加工效率。     

表面处理对蓝宝石衬底的影响

采用熔融的KOH溶液腐蚀蓝宝石衬底,获得具有三角形图案的腐蚀坑形貌,并对腐蚀坑的三角形形状给出了理论解释。在不同温度和不同的腐蚀时间进行对比结果分析,发现在280℃下腐蚀60 min左右,显示的位错清晰、准确,且最适合随后的横向外延生长。采用高分辨率双晶X线衍射(DCXRD)测试分析,结果表明,预处理对蓝宝石衬底的晶体质量和折射率色散关系几乎没影响,所以,预处理获得一定图案的蓝宝石可作为GaN横向外延的衬底,为降低GaN薄膜的位错密度,获得高质量的GaN薄膜提供有利的保障。     

Comparison of InGaN-Based LEDs Grown on Conventional Sapphire and Cone-Shape-Patterned Sapphire Substrate

To improve the external quantum efficiency, a high-quality InGaN/GaN film was grown on a cone-shape-patterned sapphire substrate (CSPSS) by using metal-organic chemical vapor deposition. The surface pattern of the CSPSS seems to be more helpful for the accommodative relaxation of compressive strain related to the lattice mismatch between GaN and a sapphire substrate because the growth mode of GaN on the CSPSS was similar to that of the epitaxial lateral overgrowth. The output power of a light-emitting diode (LED) grown on the CSPSS was estimated to be 16.5 mW at a forward current of 20 mA, which is improved by 35% compared to that of a LED grown on a conventional sapphire substrate. The significant enhancement in output power is attributed to both the increase of the extraction efficiency, resulted from the increase in photon escaping probability due to enhanced light scattering at the CSPSS, and the improvement of the crystal quality due to the reduction of dislocation.     

Direct Growth of Nanopatterned Graphene on Sapphire and Its Application in Light Emitting Diodes

Direct growth of graphene films on functional substrates is immensely beneficial for the large‐scale applications of graphene by avoiding the transfer‐induced issues. Notably, the selective growth of patterned graphene will further boost the development of graphene‐based devices. Here, the direct growth of patterned graphene on the c‐plane of nanopatterned sapphire substrate (NPSS) is realized and the superiority of the patterned graphene for high‐performance ultraviolet light‐emitting diodes (UV‐LED) is demonstrated. As confirmed by density functional theory calculations and analog simulations, compared to the concave r‐plane the flat c‐plane of NPSS is characterized by a lower active barrier for methane decomposition and carbon species diffusion, as well as a greater supply of carbon precursor for graphene growth. The synthesized patterned graphene on the c‐plane of NPSS is verified to be monolayer and high quality. The patterned graphene enables the selective and well‐aligned nucleation of aluminium nitride (AlN) to promote rapid epitaxial lateral overgrowth of single‐crystal AlN films with low dislocation density. Consequently, the fabricated UV‐LED demonstrates high luminescence intensity and stability. The method is suitable for obtaining various patterned graphene by substrate design, which will allow for greater progress in the cutting‐edge applications of graphene.     

Coupled Slots on an Anisotropic Sapphire Substrate

Two analytical approaches are presented for coupled slots on an anisotropic sapphire substrate using the network analytical methods of electromagnetic fields. One is based on the quasi-static approximation and it derives the transformation from the case with the anisotropic substrate to the case with the isotropic substrate. The other is based on the hybrid mode formulation and it gives the dispersion characteristics.     

蓝宝石衬底上单晶InAlGaN外延膜的RF-MBE生长

利用射频等离子体辅助分子束外延技术在蓝宝石衬底上外延了晶体质量较好的单晶InAlGaN薄膜.在生长InAlGaN外延层时,获得了外延膜的二维生长.卢瑟福背散射测量结果表明,InAlGaN外延层中In,Al和Ga的组分分别为2%,22%和76%,并且元素的深度分布比较均匀.InAlGaN(0002)三晶X射线衍射摇摆曲线的半高宽为4.8′.通过原子力显微镜观察外延膜表面存在小山丘状的突起和一些小坑,测量得到外延膜表面的均方根粗糙度为2.2nm.利用光电导谱测量InAlGaN的带隙为3.76eV.