提高GaN基倒装焊LED芯片外量子效率的方法研究

摘要

LED以其节能、环保的优点广泛应用在信息显示、通信和照明等领域。目前LED芯片的主要外延材料是GaN基化合物，GaN具有大的禁带宽度、较高的热导率和电子空穴辐射复合效率；GaN和InN、A1N按不同组分混合可以改变材料的禁带宽度，实现芯片蓝、绿、紫等不同颜色的发光。LED芯片有三种常见的结构，分别是正装、倒装焊和垂直结构，倒装焊LED芯片结构被认为是实现芯片大功率的一个方向，相较于传统正装芯片光出射效率高，散热性能较好；相对于垂直结构，制作过程相对简单，成品率高。随着社会对LED发光亮度、发光质量要求的不断提高，对LED芯片的电光转换能力和稳定性提出了更高的要求。外量子效率是综合衡量LED芯片电光转化效能的重要参数之一，随着LED芯片大功率发展，芯片外量子效率的提高势在必行。本文围绕如何提高GaN基倒装焊LED芯片外量子效率，从芯片的光学和电学两个方面展开研究，做了如下的工作：
　　 第一章阐述了本文的研究意义，对提高LED芯片外量子效率的国内外现状进行了分析，并介绍了本文的主要研究工作。
　　 第二章介绍了影响外量子效率的折射率、电流拥挤效应等因素，并对这些影响因素进行了深入的研究，通过对以上影响因素的分析，并结合前人的研究的成果，本文提出了一种GaN基倒装焊LED芯片的结构，并对结构的特点进行了阐述。
　　 第三章采用蒙特卡罗光线追踪方法，比较了蓝宝石衬底剥离前后、蓝宝石单面图形化和双面图形化、有无缓冲层、芯片尺寸对LED芯片的光提取效率的影响，并对图形化结构和尺寸作了进一步选取与优化。采用微加工工艺制作了双面图形化的蓝宝石，实验测试并研究了图形化结构对LED光通量的影响，并与仿真结果进行比较。
　　 第四章研究了GaN基倒装焊LED芯片电流传输模型，采用电阻等效方法推导出获得电流均匀分布的量化条件，并进行了仿真验证。
　　 第五章采用有限元仿真软件COMSOL，研究了芯片尺寸、电极枝条数目、电极结构、焊点的数目、焊点的位置对芯片有源层电流密度分布的影响，并对相关机理进行了探讨。
　　 第六章对本文的研究工作做了总结，指出了有本文待进一步解决的问题，并提出了发展建议。