不同支撐載體對(duì)GaN基LED薄膜應(yīng)力及發(fā)光性能的影響.pdf

1、GaN基LED在照明領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)與人們的生活息息相關(guān)，但現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、新技術(shù)的開發(fā)、相關(guān)物理機(jī)理的研究仍然是整個(gè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。目前，商品化的GaN基LED按外延襯底劃分共有碳化硅(SiC)、藍(lán)寶石(Al2O3)及硅（Si）襯底三條技術(shù)路線。盡管硅襯底GaN基LED在中國(guó)率先實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，并成為半導(dǎo)體照明的主要三條技術(shù)路線之一，然而它還有大量的科學(xué)技術(shù)問題沒有解決，值得多學(xué)科交叉融合進(jìn)行深入研究。GaN基LED外延生長(zhǎng)、芯

2、片制造、器件封裝、和使用過程中各種應(yīng)力對(duì)器件光電性能影響的研究是當(dāng)前研究熱點(diǎn)，文獻(xiàn)中對(duì)此現(xiàn)象的研究主要集中在GaN沒有從外延襯底剝離的同側(cè)結(jié)構(gòu)器件，對(duì)垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED器件尤其是硅襯底GaN基LED器件中各種應(yīng)力的研究還處于初始階段。基于硅襯底GaN基LED平臺(tái)，本文設(shè)計(jì)和制備多種具有不同應(yīng)力狀態(tài)的垂直結(jié)構(gòu)GaN基 LED以及不同應(yīng)力狀態(tài)的LED薄膜，研究其應(yīng)力與LED光電性能之間的關(guān)系，以及通過高分辨率X射線衍射儀(HRXRD)測(cè)

3、試分析了不同應(yīng)力狀態(tài)下LED薄膜內(nèi)在應(yīng)力的情況以及量子阱的情況。獲得了一下研究成果：
　　1）將硅(Si)襯底上外延生長(zhǎng)的氮化鎵(GaN)基發(fā)光二極管(LED)薄膜轉(zhuǎn)移至含有柔性粘結(jié)層的基板上，獲得了不受襯底和支撐基板束縛的LED薄膜。利用高分辨率X射線衍射儀(HRXRD)研究了薄膜轉(zhuǎn)移前后的應(yīng)力變化，同時(shí)對(duì)其光致發(fā)光(PL)光譜的特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：硅襯底GaN基LED薄膜轉(zhuǎn)移至柔性基板后，GaN受到的應(yīng)力會(huì)由轉(zhuǎn)移前巨大的

4、張應(yīng)力變?yōu)檗D(zhuǎn)移后微小的壓應(yīng)力，InGaN/GaN量子阱受到的壓應(yīng)力則增大；盡管LED薄膜室溫?zé)o損轉(zhuǎn)移至柔性基板其InGaN阱層的In組分不會(huì)改變，然而按照HRXRD倒易空間圖譜通用計(jì)算方法會(huì)得出平均銦組發(fā)生了變化；GaN基LED薄膜從外延片轉(zhuǎn)移至柔性基板時(shí)其PL譜會(huì)發(fā)生明顯紅移。
　　2）將硅(Si)襯底上外延生長(zhǎng)的氮化鎵(GaN)基發(fā)光二極管（LED）薄膜剝離轉(zhuǎn)移到新的硅基板和紫銅基板上，并獲得了垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片，對(duì)其變溫變

5、電流電致發(fā)光（EL）特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：當(dāng)環(huán)境溫度不變時(shí)，在13K低溫狀態(tài)下銅基板芯片的EL波長(zhǎng)始終大于硅基板芯片約6nm，在300K狀態(tài)下隨著驅(qū)動(dòng)電流的加大銅基板芯片的EL波長(zhǎng)會(huì)由大于硅基板芯片3nm左右而逐漸變?yōu)榕c硅基板芯片重合；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流不變時(shí)，環(huán)境溫度由13K升高到320K，兩種基板芯片的EL峰值波長(zhǎng)隨溫度升高呈現(xiàn)S型變化并且波譜逐漸趨于重合；在100K以下溫度時(shí)銅基板芯片的Droop效應(yīng)比硅基板芯片明顯，在100K以上溫