襯底切偏角和p型歐姆接觸對Si襯底GaN基LED性能穩(wěn)定性的影響.pdf

1、GaN基材料因其優(yōu)異的性能在固態(tài)照明方面具有廣泛的應(yīng)用前景。與 GaN常用的異質(zhì)外延襯底藍(lán)寶石和SiC相比，Si襯底具有價格低、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、尺寸大、易于光電集成等優(yōu)點，在Si襯底上制備 GaN基LED的技術(shù)路線非常有發(fā)展?jié)摿Γ巳虼罅垦芯咳藛T對其進(jìn)行相關(guān)的研究。然而GaN與S i襯底之間存在巨大的晶格失配和熱失配，這會在GaN薄膜的外延生長引入巨大的失配應(yīng)力，進(jìn)而會影響LED器件的性能。雖然近年來S i襯底GaN基LED技術(shù)已

2、取得了重大進(jìn)展，其發(fā)光效率已逐步趕上藍(lán)寶石襯底 LE D，產(chǎn)業(yè)規(guī)模也在逐漸擴(kuò)大，但與其獨特結(jié)構(gòu)相關(guān)的一些問題仍需要進(jìn)一步研究。
　　本文從GaN薄膜外延生長和器件可靠性兩個方面著手進(jìn)行了研究，一方面研究了S i襯底切偏角對GaN基LED外延膜的影響，利用高分辨X射線衍射儀(HRXRD)、原子力顯微鏡(AFM)以及光致發(fā)光(PL)對外延薄膜的晶體質(zhì)量、量子阱中In組分、表面形貌及光學(xué)特性進(jìn)行了研究。另一方面研究了垂直結(jié)構(gòu)芯片電老化過

3、程中正向工作電壓 VF2下降的問題，首先，研究了單純的熱效應(yīng)對器件老化過程中VF2變化的影響；然后，采用SIMS深度剖析技術(shù)分析了Si基LED芯片老化前后p-GaN歐姆接觸界面Mg、Ga、N、Ag等元素的縱向分布情況以及p-GaN中H元素濃度的變化情況；最后，對比了純Ag與NiAgN iAg兩種結(jié)構(gòu)器件的老化數(shù)據(jù)，研究了Ni在LED老化過程中的影響?；谝陨蟽蓚€方面研究，本文取得了以下研究成果：
　　1. Si(111)襯底偏角對

4、量子阱中的In組分、GaN外延膜的表面形貌、晶體質(zhì)量以及光學(xué)性能具有重大影響。為了獲得高質(zhì)量的GaN外延薄膜，襯底偏角必須控制在小于0.5°范圍。超出此范圍，GaN薄膜的晶體質(zhì)量、表面形貌及光學(xué)性能都明顯下降。
　　2.開發(fā)出了一套滿足二次離子質(zhì)譜儀（SIMS）測試要求的S i基LED芯片試樣制備工藝，該工藝也可應(yīng)用于基于其它襯底制備的薄膜型LED芯片分析。
　　3.老化過程所產(chǎn)生的熱效應(yīng)引起器件溫度上升是有限的，還不足以激

5、活Mg受主，不會引起器件VF2下降；老化過程中p-GaN歐姆接觸界面處的Mg、Ga、N、Ag元素均沒有發(fā)生縱向擴(kuò)散，且 p-GaN中H元素濃度基本上也沒有發(fā)生變化，我們認(rèn)為在老化過程中Mg-H絡(luò)合物發(fā)生分解后，當(dāng)有載流子正向注入時H+俘獲電子變成H0，而H0是一種穩(wěn)定狀態(tài)不會鈍化Mg。老化電壓的下降是由于 Mg受主在電注入的作用下被進(jìn)一步激活，使受主濃度增加，引起p型層電導(dǎo)率上升，器件的VF2下降。
　　4.純Ag結(jié)構(gòu)器件在老化過