GaN基LED图形衬底的性能研究

蓝宝石图形衬底可以降低外延位错密度并增强背散射光, 已经成为制备高亮LED有效技术手段。本研究运用时域有限差分(FDTD)法模拟和比较了GaN基微纳米图形衬底LED几种衬底图形结构对光的提取效率的影响。模拟结果显示纳米图形衬底(NPSS)对光效的提高明显优于微米图形衬底(MPSS)。在对圆柱、圆孔、圆台、圆锥和曲面锥等纳米结构的研究中, 圆台柱结构的纳米图形衬底对光提取效果最好。通过进一步模拟优化, 得到圆台结构的最佳参数, 此时相对于普通衬底LED光的提取效率提高了96.6%。试验中, 采用软模压印技术在蓝宝石基片上大面积制备出纳米圆台图形衬底, 并测得外延生长GaN层后的外延片的PL强度增加了8倍, 可见纳米图形衬底对提高LED的出光效率有显著效果。     

硅衬底GaN基LED研究进展

由于硅具有价格低、热导率高、大直径单晶生长技术成熟等优势以及在光电集成方面的应用潜力,GaN/Si基器件成为一个研究热点.然而,GaN与Si之间的热失配容易引起薄膜开裂,这是限制LED及其它电子器件结构生长的一个关键问题.近年来,随着工艺的发展,GaN晶体质量得到大幅度的提高.同时不少研究小组成功地在Si衬底上制造出LED.介绍了GaN薄膜开裂问题及近期硅衬底GaN基LED的研究进展.     

非极性GaN用r面蓝宝石衬底

采用温梯法生长了非极性GaN外延衬底r(0112)面蓝宝石, 使用化学机械抛光加工衬底表面, 对衬底的结晶质量、光学性能和加工质量进行了研究. 结果显示r面蓝宝石衬底基本性能参数如下：平均半峰宽值为19.4arcsec; 位错密度为5.6×10³cm^-2, 波长大于300nm时的平均透过率大于80％; 光学均匀性Δn=6.6×10^-5; 平均表面粗糙度为0.49nm. 结果表明, 温梯法生长的r(0112)面蓝宝石衬底结晶质量好、位错密度低、光学性能优良、加工的表面质量高, 达到了GaN外延衬底的标准.     

混合磨料对LED用蓝宝石衬底CMP质量的影响

分析了混合磨料在蓝宝石衬底化学机械抛光(CMP)过程中的作用机理,并对比了SiO2水溶胶磨料和SiO2与Al2O3混合磨料对蓝宝石衬底去除速率的影响.研究表明,在主磨料SiO2水溶胶中加入浓度为20mL/L同粒径纳米级的Al2O3可以使CMP过程中的化学作用与机械作用达到相互平衡,使抛光去除速率得到明显提高.在距抛光终点5～10min通过调整工艺参数与抛光液配比,使表面粗糙度由2.32nm降至0.236nm.     

用于GaN基发光二极管的蓝宝石图形衬底制备进展

近几年, 图形化蓝宝石衬底因其作为GaN基发光二极管外延衬底, 不仅能降低GaN外延薄膜的线位错密度, 还能提高LED的光提取效率而引起国内外许多科研机构的广泛研究兴趣. 本文综述了图形化蓝宝石衬底提高GaN基发光二极管性能的作用机理, 重点评述了目前图形化蓝宝石衬底的制备方法(湿法刻蚀、干法刻蚀、固相反应)和图形尺寸(微米图形化、纳米图形化), 分析比较了不同制备方法和图形尺寸制备蓝宝石图形衬底对GaN基发光二极管性能改善, 最后针对蓝宝石图形衬底制备存在的问题对其今后的发展方向做出展望.     

Si衬底GaN基LED理想因子的研究

首次报道Si衬底GaN LED的理想因子.通过GaN LEDI-V曲线与其外延膜结晶性能相比较,发现理想因子的大小与X射线双晶衍射摇摆曲线(102)面半峰宽有着对应关系:室温时Si衬底GaN LED的理想因子为6.6,对应着半峰宽707arcsec;理想因子为4.5时,对应半峰宽530arcsec.蓝宝石衬底GaN LED理想因子为3.0,其对应半峰宽401arcsec.硅衬底GaN LED理想因子大的原因可以归结为高缺陷密度所致,高缺陷密度使电流隧穿更容易进行.     

蓝宝石衬底GaN基白光LED静电老化特性

本文对几组蓝宝石衬底GaN基白光二极管(LED)施加了1000V静电击打后,对未失效的LED分别采用30、50和70mA的驱动电流进行老化实验,研究对比了1000V的静电对蓝宝石衬底GaN基白光LED老化寿命的影响,并对相关实验现象进行了分析.通过计算得出:直接老化和施加1000V静电后再老化,蓝宝石衬底GaN基白光LED的寿命分别为460和446小时,其结果表明在1000V范围内施加不同的静电对未失效的LED寿命没有明显的影响,但静电后失效的LED会产生漏电和光输出功率明显降低现象.     

蓝宝石衬底化学机械抛光的机理研究

利用磨料为SiO2的碱性抛光液对蓝宝石衬底材料进行了化学机械抛光，并对蓝宝石衬底化学机械抛光（简称CMP）的机理进行了深入的研究，指出了蓝宝石CMP的主要的动力学过程，并详细分析了影响各动力学过程的诸要素。结果表明，蓝宝石衬底的CMP过程是一个复杂的多相反应过程，是化学作用与机械作用互相加强和促进的过程，影响它的各要素间既相互促进，又相互制约。     

氮化铪在蓝宝石衬底上的镀膜研究

利用反应式磁控溅射镀膜系统在蓝宝石衬底上制备了氮化铪(HfxN)薄膜,系统研究了氮气流量fN和镀膜温度Ts对HfxN薄膜的物相组成、晶体结构和电学性质的影响。实验结果表明,在fN=3sccm时,可以在蓝宝石衬底上获得化学计量比接近1的HfxN薄膜,方块电阻为5.24Ω/sq;X射线衍射光谱(XRD)结果显示薄膜为岩盐结构的δ-HfN相;提高镀膜温度可以显著提高HfxN薄膜在蓝宝石衬底上的晶体质量,并且薄膜趋于(111)方向单晶生长;原子力显微镜(AFM)显示薄膜表面平整,均方根粗糙度Rq=0.193nm。     

Radiation spectra in GaN-based LEDs under thermal-injection processes

The effects of series current magnitude (I) upon the intrinsic UV luminescence band (λ370 nm) and the impurity of the blue band (λ430 nm) of a GaN LED has been investigated. The excess device temperature (ΔT_AR) of the GaN LED active region has been determined over a wide range of working currents. It has a linear behaviour for currents over 15 mA. The weaker dependence ΔT_AR(i) at i<15 mA is due to the fact that at forward biases V<E_g/e all the power terminated to the device is released in the space charge region (w≤0.3 μm).     

蓝宝石衬底的斜切角对GaN薄膜特性的影响

利用金属有机物化学气相沉积技术在具有斜切角度的蓝宝石衬底(0～0.3°)上生长了非故意掺杂GaN薄膜,并采用显微镜、X射线双晶衍射、光荧光及霍尔技术对外延薄膜的表面形貌、晶体质量、光学及电学特性进行了分析.结果表明,采用具有斜切角度的衬底,可以有效改善GaN外延薄膜的表面形貌、降低位错密度、提高GaN的晶体质量及其光电特性,并且存在一个衬底最优斜切角度0.2°,此时外延生长出的GaN薄膜的表面形貌和晶体质量最好.     

蓝宝石衬底上增透膜的设计与制备

采用彻底搜索法,在蓝宝石(α-Al2O3)衬底上分别设计出了SiO2单层和SiO2／Si双层增透保护膜系。设计结果表明单层及多层增透膜系均可实现蓝宝石中红外波段(3～5μm)的增透。利用射频磁控反应溅射法制备出所设计的增透膜系。结果表明,蓝宝石衬底上镀单层及多层增透膜系后红外透过率明显提高;当蓝宝石衬底双面镀SiO2膜后．在3～5μm波段范围内,平均透过率达到96．43％．比未镀膜时的平均透过率87．01％提高了9,42％．满足了设计使用要求。     

Optimization of GaN nucleation layer deposition conditions on sapphire substrates in HVPE system

The influence of deposition conditions of nucleation GaN layer on the properties of high-temperature GaN layer, grown on sapphire substrates, was investigated. The hydride vapor phase epitaxy (HVPE) three-section horizontal hot-wall furnace technique was applied. Various temperatures, HCl flows and time intervals of nucleation layer growth were utilized. Based on previous studies the following experimental conditions were selected: temperature was kept at 450 or 570 °C, and HCl flows were 8 or 10 sccm/min. The duration of nucleation layer deposition was 5, 7 and 9 min. The scanning electron microscopy technique was applied for the investigation of nucleation layer morphology after migration. Thick GaN layers were deposited during the three-step growth process at 1060 °C. Samples with various surface morphologies were obtained. Photoluminescence spectra and X-ray measurements were performed, which permitted clarifications of the influence of growth conditions of the nucleation layer on the properties of high-temperature layers.     

功率型LED散热基板的研究进展

在与传统LED散热基板散热性能比较的基础上,分析了国内外功率型LED散热基板的研究现状,介绍了金属芯印刷电路板、陶瓷基板、金属绝缘基板和金属基复合基板的结构特点、导热性能及封装应用,指出了功率型LED基板材料的发展趋势及需要解决的问题.     

白光LED用片状α-A12O3粉体的控制合成及应用研究

以硝酸铝和尿素为原料,聚乙二醇2000为表面活性剂,氟化铝为添加剂,水热-热解法得到规则片状氧化铝粉体,以该氧化铝为原料合成YAG∶Ce3+黄色荧光粉。通过XRD、SEM、FM等对产物进行表征。结果表明,120℃水热反应24h,加入适量氟化铝高温煅烧可以获得粒径3~4μm,厚度0.2~0.3μm的规则六边形片状氧化铝。氟化铝添加剂对氧化铝的形貌粒径控制起到重要作用,自制片状α-A12O3粉体适合作为白光LED用铝酸盐荧光粉基质。