高性能倒裝紅光LED關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、半導(dǎo)體晶片鍵合技術(shù)是將不同材料的晶片通過固體接觸界面之間的范德瓦爾斯力或是界面高極性分子層的運動形成具有一定電學(xué)性能和一定黏附強度的晶片對的技術(shù)。鍵合技術(shù)可以將晶格失配的不同材料鍵合在一起，這是半導(dǎo)體外延工藝所無法實現(xiàn)的。鍵合后的晶片具有一定的電學(xué)性能，結(jié)合減薄，化學(xué)腐蝕等其它工藝還可以實現(xiàn)薄膜的層轉(zhuǎn)移，這給器件設(shè)計和材料的應(yīng)用提供了極大的自由度，使得不同材料和器件之間的集成成為可能。由于晶片鍵合及相關(guān)薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù)可以提高光電子器件性能

2、，我們將之引入到倒裝紅光發(fā)光二極管(LightEmitting Diodes)的制備中以獲得更高性能的發(fā)光二極管。 發(fā)光二極管因其體積小，壽命長，可靠性高，高亮度，無污染綠色環(huán)保等優(yōu)點，有望在21世紀(jì)完全取代傳統(tǒng)光源，成為主要的照明光源。然而相比傳統(tǒng)光源，普通正裝紅光發(fā)光二極管的亮度不具有絕對優(yōu)勢，為進(jìn)一步提高發(fā)光二極管的亮度，我們可以采用倒裝鍵合的方法。 本文圍繞鍵合技術(shù)及紅光發(fā)光二極管開展研究，獲得了平整的鍵合界面，

3、并在紅光發(fā)光二極管表面生長復(fù)合增透膜使其亮度進(jìn)一步提高，為實現(xiàn)高性能倒裝紅光發(fā)光二極管打下了良好的基礎(chǔ)，論文的主要工作如下： 1)對用于LED的增透膜進(jìn)行了理論分析及模擬，進(jìn)而用PECVD和磁控濺射ITO制備了高亮度AlGaInP紅光LED的λ/4nSiON和λ/2nITO復(fù)合出光面層。在復(fù)合DBR襯底上生長帶有復(fù)合增透膜的LED，器件光學(xué)性能提高最佳，在20mA注入電流下，軸向光強和光通量分別達(dá)到141.7mcd和0.4733

4、lm，比同樣結(jié)構(gòu)的無增透膜LED分別提高了138％和91％，這樣的膜層及外延結(jié)構(gòu)組合可以降低制備高亮度LED所需厚GaP的成本和MOCVD外延時間，并且很好地提高了光學(xué)性能。 2)采用光傳輸矩陣法對不同材料組成ODR結(jié)構(gòu)的反射率進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)ITO作為中介層的ODR結(jié)構(gòu)具有明顯優(yōu)越性，能極大提高光提取效率，并且工藝簡單容易實現(xiàn)。對鍵合工藝進(jìn)行了實驗研究，采用導(dǎo)電膠法、鍍銦法、鈦金法等作為鍵合金屬層的鍵合方法，通過分析實驗中出現(xiàn)

5、的實際問題，對鍵合方法和工藝進(jìn)行優(yōu)化。得出鈦金法的優(yōu)化工藝條件。 3)采用Ansys有限元法對鍵合界面應(yīng)力進(jìn)行了計算，結(jié)果表明應(yīng)力對鍵合的影響主要存在于邊緣地區(qū)，可以通過降低鍵合溫度、改變鍵合結(jié)構(gòu)的方法降低界面應(yīng)力。 4)通過對表面清洗、預(yù)鍵合、熱退火三個工藝具體分析實現(xiàn)了鍵合條件的優(yōu)化。理論分析了金屬等溫凝固、金屬共晶、金屬熱壓，中介層粘接、等離子體處理表面以及表面溝道腐蝕等鍵合方法，并在實驗中實現(xiàn)了各種鍵合方法，對不