一種新型氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的分析及制備研究.pdf

1、近年來，隨著半導(dǎo)體材料及器件設(shè)計(jì)水平和制備技術(shù)的發(fā)展，發(fā)光二極管(LED)的性能指標(biāo)迅速提高，在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注和研究，其中GaN基大功率LED芯片作為白光LED照明的核心更是成為了研究的熱點(diǎn)。LED芯片作為一種光電器件，獲得高發(fā)光效率是最根本的目標(biāo)。本文主要圍繞大功率GaN基LED芯片，針對(duì)獲取高發(fā)光效率的目標(biāo)開展了對(duì)其光學(xué)模型、電學(xué)模型、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和制備工藝的研究。
　　 ⑴進(jìn)行了GaN基LED芯片的光學(xué)建模研究，

2、分別研究了以麥克斯韋全波電磁場(chǎng)理論為基礎(chǔ)的有限元光學(xué)模型和以幾何光學(xué)理論為基礎(chǔ)的蒙特卡羅光線追蹤模型。在全電磁場(chǎng)有限元光學(xué)傳播模型的研究中討論了發(fā)光單元、吸收邊界、網(wǎng)格劃分以及求解等問題。在蒙特卡羅光線追蹤模型的研究中，通過理論公式擬合及實(shí)驗(yàn)測(cè)試兩個(gè)手段對(duì)芯片中各材料的光學(xué)參數(shù)如折射率和吸收系數(shù)等進(jìn)行了系統(tǒng)分析和總結(jié)，通過對(duì)ITO(Indium Tin Oxide)表面制作微結(jié)構(gòu)的LED芯片取光效率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了該

3、模型的準(zhǔn)確性和可行性。
　　 ⑵對(duì)LED芯片的電流擴(kuò)展進(jìn)行了建模研究，根據(jù)半導(dǎo)體物理基本理論以及熱傳導(dǎo)理論研究了耦合電學(xué)及熱學(xué)的完整三維電流擴(kuò)展模型，討論了模型中的基本方程以及邊界條件，并通過對(duì)兩種不同電極結(jié)構(gòu)LED芯片的模擬結(jié)果和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了該模型在LED芯片電極結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的可行性。
　　 ⑶根據(jù)光學(xué)模型對(duì)幾種不同結(jié)構(gòu)LED芯片的取光效率進(jìn)行了全面的分析和討論，利用電流擴(kuò)展模型分析了不同電極結(jié)構(gòu)對(duì)芯片電

4、流擴(kuò)展與溫度分布的影響，得到了正裝LED芯片電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾條基本準(zhǔn)則。根據(jù)對(duì)不同結(jié)構(gòu)LED芯片取光效率和電流擴(kuò)展的分析，本文提出了一種新型溝槽結(jié)構(gòu)的LED芯片，并分析了這種結(jié)構(gòu)在提高芯片取光效率和改善電流擴(kuò)展性能上的優(yōu)勢(shì)以及用于超大尺寸LED芯片的可行性。
　　 ⑷對(duì)新型溝槽結(jié)構(gòu)LED芯片制備過程中幾個(gè)重要工藝進(jìn)行了詳細(xì)的工藝實(shí)驗(yàn)。研究了不同合金選擇及熱處理工藝對(duì)p型GaN歐姆接觸的比接觸電阻的影響，發(fā)現(xiàn)500℃退火處理可有效