硅衬底GaN基LED钝化层与P面欧姆接触的研究

摘要

近几年来,在Si衬底上生长GaN取得了很大的进展。相对于不导电的蓝宝石衬底,Si衬底的散热好,价格低,并且已经成功研制出了垂直结构的LED。相对于同侧结构的LED,垂直结构的GaN基LED能够缓解电流拥堵,散热性差等同侧结构LED的固有缺点,有效提高器件的可靠性与寿命,并且可以采用表面粗化以及反射镜来提高器件光提取效率。Si衬底垂直结构的LED,仅用简单的化学腐蚀就可以轻松去除,这成为其又一巨大的优势。本文研究SiON钝化层对Si衬底GaN基蓝绿光LEDs稳定性能的影响以及Ag与Si衬底P-GaN欧姆接触和反射率。获得的部分创新研究成果有:
　　 对4种不同钝化层Si衬底绿光LEDs进行超大电流密度(312A／cm2)加速老化。结果表明完全钝化(侧面和台面均钝化)的硅衬底绿光LED呈现良好的可靠性。SiON(尤其是侧边钝化层)能钝化芯片表面态,抑制老化过程中的热生缺陷的产生,从而减少漏电流,降低光功率衰减等。长有SiON钝化层的Si衬底蓝绿光LEDs的光功率分别提高12.9％和7.4％.此外,值得一提的是,在电流密度高达312A／cm2时加速老化168小时,即使无钝化层的样品,20mA工作电流下光功率衰减也仅为10.94％。经30mA电流(大电流密度1.56A／cm2)老化1032小时后,有钝化层的绿光LEDs的波长漂移小于0.7nm,VF2变化为0.003V,基本没有变化。SiON钝化层能有效吸收蓝光LEDs发光中的短波辐射以及隔离环氧与高温芯片,减缓对环氧树脂的老化,从而降低芯片的光衰。
　　 为了测量3种Mg激活条件和不同退火温度下P面Ag的反射率,找出最佳的工艺条件,本实验首次提出用蓝宝石LED外延片在3种激活条件下,不同退火温度下退火,并测量了Ag的反射率。结果表明牺牲Ni工艺的Ag反射率随着退火温度一直升高。而牺牲Pt在400℃最高,随后降低。用Si衬底LED外延片,在不同激活条件和不同温度下退火,结果表明300℃牺牲Pt的Ⅰ-Ⅴ性能最佳,但是随后下降与牺牲Ni的无区别。综合Ⅰ-Ⅴ特性和反射率,文本结果为在500℃牺牲Ni的条件最佳。对比有无Cr／Pt覆盖层,在不同温度下退火以及AFM的粗糙度,结果表明Ag球聚导致反射率降低。Cr／Pt覆盖层能有效防止Ag发生球聚,提高反射率。400℃退火,在玻璃上测试的有Cr／Pt覆盖层的Ag的反射率达到92.68％,与理论值96％很接近。
　　 以上研究结果在本单位生产基地芯片生产中部分采用。本文得到了国家863课题和教育部半导体照明技术创新团队研究经费的资助。