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，隨著半導體材料及器件設計水平和制備技術的發(fā)展，發(fā)光二極管(LED)的性能指標迅速提高，在半導體照明領域引起了廣泛關注和研究，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。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。本文主要圍繞大功率GaN基LED芯片，針對獲取高發(fā)光效率的目標開展了對其光學模型、電學模型、結構優(yōu)化和制備工藝的研究。
　　 ⑴進行了GaN基LED芯片的光學建模研究，

2、分別研究了以麥克斯韋全波電磁場理論為基礎的有限元光學模型和以幾何光學理論為基礎的蒙特卡羅光線追蹤模型。在全電磁場有限元光學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驗測試兩個手段對芯片中各材料的光學參數(shù)如折射率和吸收系數(shù)等進行了系統(tǒng)分析和總結，通過對ITO(Indium Tin Oxide)表面制作微結構的LED芯片取光效率的實驗結果和計算結果進行對比，驗證了該

3、模型的準確性和可行性。
　　 ⑵對LED芯片的電流擴展進行了建模研究，根據(jù)半導體物理基本理論以及熱傳導理論研究了耦合電學及熱學的完整三維電流擴展模型，討論了模型中的基本方程以及邊界條件，并通過對兩種不同電極結構LED芯片的模擬結果和測試結果進行比較，驗證了該模型在LED芯片電極結構優(yōu)化設計中的可行性。
　　 ⑶根據(jù)光學模型對幾種不同結構LED芯片的取光效率進行了全面的分析和討論，利用電流擴展模型分析了不同電極結構對芯片電

4、流擴展與溫度分布的影響，得到了正裝LED芯片電極結構設計的幾條基本準則。根據(jù)對不同結構LED芯片取光效率和電流擴展的分析，本文提出了一種新型溝槽結構的LED芯片，并分析了這種結構在提高芯片取光效率和改善電流擴展性能上的優(yōu)勢以及用于超大尺寸LED芯片的可行性。
　　 ⑷對新型溝槽結構LED芯片制備過程中幾個重要工藝進行了詳細的工藝實驗。研究了不同合金選擇及熱處理工藝對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