GaN基LED倒装芯片蓝宝石衬底半球型图形优化设计

为了提高GaN基LED芯片的光提取效率,以GaN基LED芯片为研究对象,建立了在蓝宝石衬底出光面和外延生长面上具有半球型图形的LED倒装芯片模型,并利用光学仿真软件对图形参数进行优化设计。实验结果表明:在蓝宝石衬底的出光面和外延生长面双面都制作凹半球型图形对芯片光提取效率的提高效果最好,并且当半球的半径为3 m,周期间距为7 m时,GaN基LED倒装芯片的最大光提取效率为50.8%,比无图形化倒装芯片的光提取效率提高了115.3%。     

SiO2图形化蓝宝石衬底对GaN生长及LED发光性能的影响

为了提高氮化镓(GaN)基发光二极管(LEDs)的发光性能,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在蓝宝石衬底上沉积SiO_2薄膜,经过光刻和干法刻蚀技术制备了SiO_2图形化蓝宝石衬底(SiO_2 patterned sapphire substrate, SPSS),利用LED器件的外延生长和微纳加工技术获得了基于SPSS的GaN基LED器件。通过分析GaN外延层晶体质量、光提取效率和LED器件性能,重点研究了SPSS对GaN生长及LED发光性能的影响。实验及模拟仿真结果表明,与常规图形化蓝宝石衬底(Conventional patterned sapphire substrate, CPSS)相比,SPSS上生长的GaN外延层位错密度较低,晶体质量较高,SPSS-LED的光提取效率提高26%、光输出功率和亮度均提高约5%。     

高亮度白光LED用外延片的新进展

文章首先介绍了发光二极管（LED）的内量子效率、外量子效率的基本概念和提高量子效率的基本方法，接着对LED外延的结构和方法做了简要介绍．文章的第三和第四部分则着重介绍了提高内、外量子效率的外延方法，这些方法包括外延结构的优化，侧向外延生长，SiC和GaN衬底的生长，AIInGaN四元系有源区生长，非极性面、半极性面的外延，表面粗化结构生长，图形化二次外延结构．图形化蓝宝石衬底上的外延，提高载流子注入效率的结构和组分设计．文章的第五部分则介绍了基于可靠性和成本考虑的其他新型外延结构，第六部分介绍了提高LED可靠性的外延方法．最后得出结论：采用非极性面的GaN衬底，生长优化的LED结构，并结合光子晶体技术，可望取得突破性进展．     

衬底弯曲度对GaN基LED芯片性能的影响

利用低压MOCVD系统在弯曲度值不同的蓝宝石衬底上生长了GaN基LED外延结构并制作芯片。测量了芯片的主要电学和光学参数,并分析了衬底弯曲度值对芯片性能的影响。分析结果表明:存在弯曲度的衬底预先弛豫了外延层中的部分应力,改善了外延层的质量,从而提高了LED芯片的性能。随着衬底弯曲度值的逐渐增加,下层GaN对有源层中InGaN材料的压应力作用不断减小,导致芯片的主波长逐渐发生蓝移。     

全息技术制作二维光子晶体蓝宝石衬底提高发光二极管外量子效率

为了提高GaN基发光二极管(LED)的外量子效率,在蓝宝石衬底制作了二维光子晶体.衬底上的二维光子晶体结构采用激光全息技术和感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术制作,然后采用金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)技术在图形蓝宝石衬底(PSS)上生长2μm厚的n型GaN层,4层量子阱和200nm厚的p型GaN层,形成LED结构.衬底上制作的二维光子晶体为六角晶格结构,晶格常数为3.8μm,刻蚀深度为800nm.LED器件光强输出测试结果显示,在PSS上制作的LED(PSS-LED)的发光强度普遍高于蓝宝石平 关键词： 全息 发光二极管 图形蓝宝石衬底 外量子效率     

一种外延生长高质量GaN薄膜的新方法

采用化学方法腐蚀c-面蓝宝石衬底，以形成一定的图案；利用LP-MOCVD在经过表面处理的蓝宝石衬底上以及常规c-面蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜.采用高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)、三维视频光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)进行分析，结果表明，在经过表面处理形成一定图案的蓝宝石衬底上外延生长的GaN薄膜明显优于在常规蓝宝石衬底上外延生长的GaN薄膜，其(0002)面上的XRD FWHM为208.80弧秒，(1012)面上的为320.76弧秒.同时，此方法也克服了传统 关键词： 表面处理 MOCVD 横向外延生长 GaN薄膜     

斜切蓝宝石衬底MOCVD生长GaN薄膜的透射电镜研究

利用MOCVD技术在斜切角度为0.3°的c面蓝宝石衬底上生长了非故意掺杂 GaN 薄膜, 并采用透射电子显微镜对材料的质量和材料内部缺陷进行了分析. 研究发现斜切蓝宝石衬底上外延的GaN材料中,位错在距离衬底0.8 μm附近大量湮灭, 同时位错扎堆出现.基于上述现象, 提出了斜切衬底上GaN材料中位错的湮灭机制, 解释了斜切衬底能够提高GaN晶体质量的原因.     

用MOVPE和RF-MBE方法极性控制生长GaN

本文报道了用低压MOVPE和RF-分子束外延法在蓝宝石衬底上作极性控制的GaN生长.以“双Al单层”模型讨论了用MOVPE和MBE法在蓝宝石衬底上生长GaN的极性选择的机理,并对AlN在极性转换过程中的作用给出了适当的解释.通过极性控制的生长,使MBE法生长的GaN的表面形貌和电学特性都得到了改善;并对LP-MOVPE生长开发出了一种“三步生长法”,这样就可以用更多的外延方式在蓝宝石衬底上生长出高质量的GaN膜.     

侧向外延生长六方相GaN中堆垛层错的同步辐射表征

本文采用低温光致发光谱研究了蓝宝石(0001)衬底上MOCVD侧向外延生长的六方相GaN中的堆垛层错, 并使用同步辐射XRD方法研究了该堆垛层错以及立方相和六方相GaN的相对取向.     

蓝宝石表面处理对氮化镓薄膜的影响

采用化学方法腐蚀c-面蓝宝石衬底,以形成一定的图案;利用LP-MOCVD在经过不同腐蚀时间的蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜。采用高分辨率双晶X射线衍射（DCXRD）、三维视频光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）进行分析。结果表明,对蓝宝石衬底腐蚀50min情况下,外延生长的GaN薄膜晶体质量最优,其（0002）面上的XRD 半峰全宽为202.68arcsec,（10-12）面上的XRD 半峰全宽为300.24arcsec;其均方根粗糙度（RMS）为0.184nm。     

Si衬底GaN基LED的结温特性

结温是发光二极管的重要参数之一,它对器件的内量子效率、输出功率、可靠性及LED的其他一些性能有很大的影响。首次报道Si衬底GaN基LED的结温特性。利用正向压降法测量Si衬底上GaN基LED的结温,通过与蓝宝石衬底上GaNLED的结温比较,发现Si衬底GaNLED有更低的结温,原因归结为Si有更好的导热性。同时也表明:用Si作GaNLED的衬底在大功率LED方面具有更大的应用潜力。     

淀积在不同小倾角蓝宝石衬底的n型GaN的研究

采用金属有机物化学淀积技术在不同倾角（0°—03°）的蓝宝石衬底上外延n型GaN.通过原子力显微镜观察到n型GaN均呈台阶流生长模式,02°和03°倾角衬底的n型GaN表面台阶朝向相同、分布均匀,明显地看到在0°倾角衬底的n型GaN表面由台阶重构直接导致的台阶朝向随机分布、疏密不匀的形貌.电子背散射分析表明,在0°倾角衬底的n型GaN外延层的应力随外延厚度增加而增加,而02°和03°倾角衬底的n型GaN外延层的应力没有明显的变化.电学和光学特性研究表明,02°和03°倾角衬底的n型GaN有较高的电子浓度和较低的黄光带与近带边强度之比. 关键词： 金属有机物化学淀积 氮化物 原子力显微镜 光致发光     

硅衬底氮化镓基LED薄膜转移至柔性黏结层基板后其应力及发光性能变化的研究

本文将硅(Si)衬底上外延生长的氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)薄膜转移至含有柔性黏结层的基板上, 获得了不受衬底和支撑基板束缚的LED薄膜. 利用高分辨率X射线衍射仪(HRXRD)研究了薄膜转移前后的应力变化, 同时对其光致发光(PL)光谱的特性进行了研究. 结果表明: 硅衬底GaN基LED薄膜转移至柔性基板后, GaN受到的应力会由转移前巨大的张应力变为转移后微小的压应力, InGaN/GaN量子阱受到的压应力则增大; 尽管LED薄膜室温无损转移至柔性基板其InGaN阱层的In组分不会改变, 然而按照HRXRD倒易空间图谱通用计算方法会得出平均铟组发生了变化; GaN基LED薄膜从外延片转移至柔性基板时其PL谱会发生明显红移.     

GaN-based light-emitting diodes directly grown on sapphire substrate with holographically generated two-dimensional photonic crystal patterns

As an approach to enhance light extraction from GaN-based light-emitting diodes (LEDs), we inserted a submicron period photonic crystal (PC) pattern at the interface between GaN epilayer and sapphire substrate. A two-dimensional square-lattice pillar array of 600-nm period was produced directly onto the sapphire substrate by a combination of laser holography and inductively-coupled-plasma etching. A standard GaN LED heterostructure was grown on top of the nano-patterned substrate, which was then processed to conventional bottom-emitting LED chips. At the drive current of 20 mA, the PC-LED produced surface-normal output power about 40% higher than that of the reference LED (with no PC integrated). Temperature-dependent photoluminescence measurement indicated that the emission enhancement was solely a structural effect by the integrated PC pattern.     

Improving InGaN-LED performance by optimizing the patterned sapphire substrate shape

The epitaxial growths of GaN films and GaN-based LEDs on various patterned sapphire substrates(PSSes) with different values of fill factor(f) and slanted angle(θ) are investigated in detail.The threading dislocation(TD) density is lower in the film grown on the PSS with a smaller fill factor,resulting in a higher internal quantum efficiency(IQE).Also the ability of the LED to withstand the electrostatic discharge(ESD) increases as the fill factor decreases.The illumination output power of the LED is affected by both θ and f.It is found that the illumination output power of the LED grown on the PSS with a lower production of tan θ and f is higher than that with a higher production of tan θ and f.     

非故意掺杂GaN层厚度对蓝光LED波长均匀性的影响

通过调整非故意掺杂氮化镓层的厚度,分析氮化镓基LED外延生长过程中应力的演变行为,以控制外延片表面的翘曲程度,从而获得高均匀性与一致性的外延片。由于衬底与外延层之间的热膨胀系数差别较大,在生长温度不断变化的过程中,外延片的翘曲状态也随之改变。在n型氮化镓生长结束时,外延片处于凹面变形状态。在随后的过程中,外延薄膜"凹面"变形程度不断减小,甚至转变为"凸面"变形,所以n型氮化镓生长结束时外延片的变形程度会直接影响多量子阱沉积时外延片的翘曲状态。当非掺杂氮化镓沉积厚度为3.63μm时,外延片在n型氮化镓层生长结束时变形程度最大,在沉积多量子阱时表面最为平整,这与PLmapping测试所得波长分布以及标准差值最小相一致。通过合理控制非故意掺杂氮化镓层的厚度以调节外延层中的应力状态,可获得均匀性与一致性良好的LED外延片。     

蓝宝石邻晶面衬底MBE生长GaN薄膜的瞬态光电导弛豫特性研究

在实验优化MBE工艺条件的基础上，采用蓝宝石(0001)邻晶面衬底制备出了具有较高质量的GaN薄膜.XRD分析表明邻晶面衬底生长的GaN薄膜晶体结构质量明显提高，AFM表征结果显示邻晶面生长的样品表面形貌显著改善.蓝宝石衬底GaN薄膜的瞬态光电导弛豫特性对比实验研究发现，常规衬底生长的GaN薄膜光电导弛豫特性出现双分子复合、单分子复合和弛豫振荡三个过程，持续时间分别为0.91，7.7和35.5ms；蓝宝石邻晶面衬底生长的GaN薄膜光电导弛豫过程主要是双分子复合和单分子复合过程，持续时间分别为0.78和14ms.理论分析表明MBE生长GaN薄膜的持续光电导效应主要起源于本生位错缺陷引发的深能级. 关键词： 邻晶面蓝宝石衬底 GaN薄膜 瞬态光电导 弛豫特性     

A facile method for flexible GaN‐based light‐emitting diodes

Flexible GaN‐based light‐emitting diodes (LEDs) on polyethylene terephthalate (PET) substrates are demonstrated. The process uses commercial LEDs on patterned sapphire substrates, laser lift‐off (LLO), wet etching for additional surface roughening, and mounting of the freestanding LED on a PET substrate. Electrical and optical properties from the free‐standing LLO‐LEDs mounted on the flexible PET substrates were characterized. The process is scalable to large wafer diameters. (© 2012 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)