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GaN基垂直结构LED由于其散热和出光的性能优异,是今后固态照明产业的趋势。在制备大功率垂直结构LED过程中,激光剥离技术和键合技术作为最为可行的方案之一,是制备垂直结构LED的关键工艺。如何减少这些工艺给GaN外延片带来的不利影响,提高LED的发光效率,是目前工艺过程中面临的主要问题。本文主要围绕制备垂直结构LED的键合、激光剥离和N面粗化等工艺,在优化器件工艺的同时研究其中的具体物理过程。主要针对键合后LED的应力分布、激光剥离脉冲能量与N极性面处理和H3P04腐蚀改善出光微结构三个方面来展开。其主要结果如下: 1.利用分立管芯键合和通过用等离子去胶机对Au表面进行激活处理有效实现了较低温度下与Si等衬底的高质量Au-Au键合。用低温CL谱观察键合到SiAl和Si上的GaN和量子阱的发光,发现不同衬底的应力释放的位置(峰值)发生移动,且应力释放均匀性不同。Raman峰显示常温下键合在两种片子上的样品均处于压应变,而ANSYS软件应力模拟的结果则表明,对残余应力比较小的样品来说,SiAl衬底可以使键合后GaN层处于较小且均匀的应变状态。 2.通过激光脉冲的精确控制和ICP处理工艺得到形貌较好的N极性面,ICP刻蚀速度是Ga面刻蚀的2倍。激光剥离能量高的样品ICP刻蚀速度较慢主要是由于晶格坍塌、金属含量较高,而表面粗糙则主要是BClx+离子溅射造成的。XPS显示该样品ICP后氧化态倾向于以Ga-N-O的复杂晶相存在。此外,激光剥离差的样品PL谱显示多了一个2.85eV左右的蓝光带,通过变强度PL实验认为其可能是Vga及其复合体在晶体内的分布造成。 3.对N面出光结构来说,发现不管事先是否经KOH处理,通过磷酸腐蚀后均发现十二棱锥的结构,根据纤锌矿空间群C6v4-P6mc对称性,建立几何模型,精确地计算出十二棱锥倾角。首次发现十二棱锥每个腐蚀面由两个晶面组成,且靠近底部的面的倾角小于顶部。其中80℃下腐蚀10min后锥底部的角度为47.3°,对应晶面{4,-1,-3,-6}和{3,-1,-4,-6},而顶部的倾斜角为58.3°,晶面{4,-1,-3,-4}和{3,-1,-4,-4}。改变腐蚀实验温度从80℃到160℃,发现锥底部倾斜角也随之从47℃变化到38℃,L-I曲线测试则验证了低倾斜角在低角度下有利于出光效率提高,140℃腐蚀后的LED相比80℃腐蚀提高出光2.3倍。通过研究腐蚀形貌与腐蚀时间及激光剥离能量的关系,显示腐蚀锥和缺陷相关。H3PO4腐蚀变倾角的锥面机制则由于极化效应以及动力学因素共同造成。