蓝宝石图形衬底制备与GaN基发光二极管的γ辐照效应研究

摘要

尽管LED作为第四代固体发光源将在照明领域得到广泛的使用，但要提高器件的发光效率需要科技工作者在材料和工艺上作更多的改进。同时，由于LED在航空、航天、核电、军用等辐射环境的运用，非常必要对LED的辐射效应研究。
　　 本文基于以上原因，主要开展了如下两方面的研究工作：
　　 第一部分给出了图形衬底的制备过程，并得到了图形衬底的样品。目前，为提高LED的发光效率，在提高内部量子效率和外部量子效率方面人们作出了各种努力。非常有效的方法有图形衬底技术，它既可提高LED的内部量子效率还可提高其外部量子效率。因为图形衬底一方面可降低外延生长中的垒晶缺陷从而提高内部量子效率，另一方面图形化的衬底可有效改善界面的全反射使光的提取效率提高。本文中采用的图形衬底技术是利用lift-off工艺制作金属图形掩膜层，然后用干法刻蚀将图形转移到蓝宝石衬底上，最终实现图形化的蓝宝石衬底。该工艺制备得到的PSS图形均匀一致性好，工艺的重复性较好，在PSS图形衬底上进行外延生长得到的外延片，其光学性能与传统平板衬底(CSS)生长的外延片相比有明显的提高。
　　 第二部分，利用60Co的γ射线我们研究了LED的辐照效应。为研究器件的辐照性能，首先选择多量子阱GaN基环氧树脂封装的传统蓝光与白光LED和TO(Transistor Out-line)封装的蓝光LED三种不同样品，然后对三种样品用4万居里的60Co源(剂量率2×105 rad(Si)/h)进行五种剂量的γ射线的辐照实验。通过辐照前后蓝光LED的波长、色纯度，最大半峰宽(FWHM)和电流-电压(I-V)、电流-光通量(I-F)等电光学特性分析，得到γ射线对GaN基LED器件的辐照效应。通过对不同辐照剂量下的性能变化比较，讨论了辐射环境对环氧树脂封装材料光学退化的影响。研究得到γ辐射后环氧封装GaN基蓝光LED和白光LED与TO封装的蓝光芯片的光学性能均有不同程度衰减，但环氧封装的LED的衰减由环氧树脂辐照退化和芯片内部辐照退化共同作用所致，辐照后的环氧树脂透射率在短波区明显降低。TO封装的光学退化主要源于辐照引起的电离化效应。在20 mA工作电流下，最大剂量下器件发光强度衰减近90％，光通量衰减约40％，并得到器件的抗辐照能力的参数τ0Kγ为4.039×10-7rads-1。同时得到LEDγ辐照后的电学效应主要集中在反向I-V及较低的正向偏压条件下，辐照诱生界面态使漏电流增大，反向击穿电压则相反；研究发现对正向I-V特性，环氧封装的LED在较低正向电压小于＜2.6V和TO封装在正向电压小于2.55V时，对应该区间饱和电流与辐射剂量正相关，较低的正向偏压导致非辐射性复合电流增加。因此，环氧封装和较低电压下工作的LED受辐照干扰较大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 LED的主要发展历程

1.1.1氮化镓材料发光二极管的发展

1.1.2磷化物材料发光二极管的发展

1.2发光二级管原理介绍

1.3论文的立题意义背景与工作内容

参考文献

第二章 蓝宝石图形衬底的制备

2.1 理论依据及提高光效的新技术

2.1.1理论依据

2.1.2提高光效的新工艺技术

2.2 图形化蓝宝石衬底的制备

2.2.1技术背景及发展

2.2.2制备工艺分析

2.2.3结果讨论

2.3本章小结

参考文献

第三章　GaN基发光二极管的γ辐射效应研究

3.1 空间辐射与材料的辐射效应原理

3.1.1 空间辐射环境

3.1.2材料的辐射效应原理

3.2 国内外相关研究进展

3.3辐照实验样品信息

3.4辐照实验设计与测试

3.5 γ辐照对GaN基发光二极管的光学特性的影响

3.5.1 γ辐照对环氧封装LED的光学特性影响

3.5.2环氧树脂γ辐照老化对LED的光学影响

3.5.3 γ辐照对TO封装裸芯的光学影响

3.6 γ辐照对GaN基发光二极管的电学性质的影响

3.6.1 γ辐照对环氧树脂封装LED的电学影响

3.6.2 γ辐照对TO封装裸芯的电学影响

3.7本章小结

参考文献

第四章结论与展望

4.1 论文结论

4.2后续工作及展望

致 谢

攻读学位期间发表的学术论文