初始应力对垂直结构GaN基LED光电性能影响的研究

摘要

GaN基LED作为照明光源既节能又环保，开启了人类照明的新时代，已经与人们的生活息息相关，因此2014年诺贝尔物理奖授予了GaN基LED的相关研究成果。目前，商品化的GaN基LED按外延衬底划分共有三条技术路线，分别是：碳化硅(SiC)、蓝宝石(Al2O3)及硅(Si)衬底技术路线．蓝宝石衬底LED市场份额最大，碳化硅衬底LED的市场占有率居中，硅衬底LED尽管市场占有率最小，但它的市场份额正在逐渐扩大且应用越来越广泛。尽管硅衬底技术路线具有一定局限性，人们还不清楚它将来是否会成为主流技术，但由于它具有诸多显著优点，目前已经成为LED领域的一大研究热点。硅衬底会吸收可见光以及硅衬底上外延的GaN基 LED薄膜存在巨大的张应力，因此实用化的硅衬底 LED均是采用邦定和湿法腐蚀相结合的技术将GaN基LED薄膜从外延衬底剥离转移到新的支撑基板上做成垂直结构的芯片。硅衬底GaN基LED薄膜存在巨大的外延张应力，在剥离转移到新基板后应力会得到一定程度的释放已有报道，然而，是否可以将硅衬底GaN基LED薄膜应力先完全释放后再邦定到支撑基板上做成垂直结构的芯片以及其光电性能是否会得到改善目前还没有报道。尽管三条技术路线的垂直结构LED均已实现商品化并获得了广泛应用，而且转移到新基板后应力的微小变化就会对GaN基LED的光电性能产生明显影响，然而同种衬底上相同结构的LED薄膜在转移到新的支撑基板时应该处于怎样的初始应力状态才能使其光电性能发挥到最佳目前还是研究空白。　　本文将外延结构相同的GaN基LED薄膜分别直接邦定和应力释放后再邦定到新的支撑基板上，获得了多种初始应力不同的垂直结构LED芯片，并对其光电性能进行了研究。　　1、当LED薄膜用有机柔性粘结层与基板粘结在一起，去除硅衬底后，LED薄膜所受来自于硅衬底的张应力基本会被完全释放。　　2、直接邦定和释放应力后再邦定的芯片其LED薄膜的张应力均会得到释放，其中释放应力后再邦定获得的芯片其张应力释放较为彻底，而直接邦定得到的芯片其张应力释放较小。　　3、在制备Si衬底垂直结构GaN基LED芯片的过程中，直接邦定的芯片其LED薄膜所受张应力状态会逐渐减小，而释放应力后再邦定的芯片刚好相反。　　4、垂直结构LED芯片的发光性能不仅仅会受LED薄膜初始应力的影响，而且还会受LED薄膜和支撑基板之间金属邦定层的影响。　　5、释放应力再邦定的芯片尽管阱层受到的压应力大于直接邦定的芯片，然而通过EQE归一化处理后，四种芯片的电流Droop效应相同。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 GaN材料的基本结构和性质

1.3 GaN异质外延生长的衬底

1.4 GaN基LED的芯片结构

1.5 Si衬底GaN基LED的发展简史

1.6 GaN基LED存在的问题及挑战

1.7 文献报道中应力对于GaN基LED性能影响的综述

1.8 本论文的研究内容及行文安排

第2章 Si衬底垂直结构GaN基LED薄膜转移前后应力的变化研究

2.1 引言

2.2 实验方法

2.3 GaN薄膜与Si基板的键合技术

2.4 HRXRD分析薄膜应力

2.5 实验结果与讨论

2.6 本章小结

第3章 初始应力对Si衬底垂直结构GaN基LED光电性能影响的研究

3.1 引言

3.2 实验方法

3.3 Ⅲ族氮化物材料的极化效应

3.4 实验结果与讨论

3.5 小结

第4章 结论

致谢

参考文献