氮化鎵基發(fā)光二極管芯片設(shè)計(jì)與制造
本書(shū)基于作者多年從事LED芯片設(shè)計(jì)與制造技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹了提高水平結(jié)構(gòu)LED芯片、倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片和高壓LED芯片外量子效率的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。采用微加工技術(shù)在水平結(jié)構(gòu)LED芯片的正面、底面和側(cè)面集成微納光學(xué)結(jié)構(gòu)，提高其發(fā)光效率。采用高反射率、低阻P型歐姆接觸電極和通孔接觸式N型電極提高倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片發(fā)光效率
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目錄
第1章 緒論 1
1.1 LED發(fā)展歷史 1
1.2 LED國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.2.1 LED外延生長(zhǎng)技術(shù)與襯底材料 4
1.2.2 LED芯片結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀 16
1.2.3 LED芯片光提取效率研究現(xiàn)狀 21
參考文獻(xiàn) 35
第2章 LED基本原理 46
2.1 LED工作原理 46
2.2 輻射復(fù)合與非輻射復(fù)合 48
2.3 內(nèi)量子效率與外量子效率 49
2.3.1 內(nèi)量子效率 49
2.3.2 光提取效率 53
2.3.3 外量子效率 55
2.4 LED的特性參數(shù) 56
2.4.1 LED的光學(xué)參數(shù) 56
2.4.2 LED的色度學(xué)參數(shù) 59
2.4.3 LED的電學(xué)參數(shù) 63
2.4.4 LED的熱學(xué)參數(shù) 66
2.5 歐姆接觸電極 66
2.5.1 歐姆接觸簡(jiǎn)介 66
2.5.2 歐姆接觸原理 67
2.5.3 歐姆接觸的測(cè)量 69
2.5.4 金屬與p-AlGaN和p-GaN接觸特性 72
2.6 極化電場(chǎng)與量子限制斯塔克效應(yīng) 80
2.6.1 InN、GaN和AlN的晶體結(jié)構(gòu)和極性 80
2.6.2 自發(fā)極化與壓電極化 82
2.6.3 量子限制斯塔克效應(yīng) 87
參考文獻(xiàn) 89
第3章 LED外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料生長(zhǎng) 94
3.1 Ⅲ族氮化物晶體結(jié)構(gòu) 94
3.2 GaN外延測(cè)試分析與表征手段 97
3.2.1 原子力顯微鏡 97
3.2.2 掃描電子顯微鏡 98
3.2.3 透射電子顯微鏡 98
3.2.4 光致發(fā)光 99
3.2.5 電致發(fā)光 99
3.2.6 陰極熒光 100
3.2.7 霍爾測(cè)試 101
3.2.8 拉曼散射 101
3.2.9 高分辨X射線衍射 102
3.3 GaN基LED外延生長(zhǎng) 104
3.3.1 薄膜生長(zhǎng)模式 104
3.3.2 MOCVD兩步法生長(zhǎng)GaN 105
3.3.3 GaN基藍(lán)光LED 106
3.3.4 GaN基綠光LED 113
3.3.5 GaN基紫外LED 142
參考文獻(xiàn) 166
第4章 LED芯片制造工藝 179
4.1 光刻工藝 179
4.1.1 LED外延片清洗 179
4.1.2 涂膠 180
4.1.3 軟烘 180
4.1.4 曝光和顯影 180
4.2 刻蝕工藝 181
4.2.1 藍(lán)寶石襯底的刻蝕 181
4.2.2 ITO材料的刻蝕 185
4.2.3 SiO2材料的沉積與刻蝕 188
4.2.4 GaN材料的刻蝕 190
4.2.5 ICP工藝參數(shù)對(duì)GaN刻蝕影響 195
4.3 薄膜淀積與退火工藝 215
4.4 藍(lán)寶石襯底背減薄和拋光工藝 218
4.4.1 工藝流程 219
4.4.2 工藝優(yōu)化 220
4.5 藍(lán)寶石襯底剝離技術(shù) 222
4.5.1 激光剝離技術(shù) 222
4.5.2 化學(xué)剝離技術(shù) 223
4.5.3 機(jī)械剝離技術(shù) 225
4.5.4 復(fù)合剝離技術(shù) 226
4.6 工藝集成 227
參考文獻(xiàn) 232
第5章 LED芯片電流擴(kuò)展特性 238
5.1 電流聚集效應(yīng) 238
5.1.1 電流擴(kuò)展路徑 238
5.1.2 電流擴(kuò)展模型 240
5.1.3 電流聚集效應(yīng)對(duì)LED芯片光提取效率的影響 243
5.2 電-熱耦合仿真模型 248
5.2.1 LED芯片有源區(qū)一維特性 248
5.2.2 LED芯片三維電流擴(kuò)展特性 250
5.2.3 LED芯片中熱的產(chǎn)生和傳遞 251
5.3 電流擴(kuò)展仿真分析 253
5.3.1 SlimuLED軟件介紹 253
5.3.2 藍(lán)光LED芯片電流擴(kuò)展仿真 253
5.3.3 紫外LED芯片電流擴(kuò)展仿真 258
參考文獻(xiàn) 266
第6章 高效率水平結(jié)構(gòu)LED芯片 269
6.1 藍(lán)寶石圖形襯底技術(shù) 269
6.2 側(cè)壁空氣間隙結(jié)構(gòu) 271
6.3 側(cè)壁波浪狀微結(jié)構(gòu) 275
6.4 圖形化ITO 276
6.5 電流阻擋層 287
6.6 圖形化電流阻擋層 294
6.7 低光損失電極結(jié)構(gòu) 298
6.8 金屬線網(wǎng)格透明導(dǎo)電電極 301
6.9 底部反射鏡 306
參考文獻(xiàn) 313
第7章 倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片 319
7.1 倒裝LED芯片電極結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 319
7.1.1 倒裝LED芯片電極結(jié)構(gòu) 319
7.1.2 倒裝LED芯片電流擴(kuò)展仿真 320
7.2 高反射率低阻p型歐姆接觸電極 323
7.2.1 Ni/Ag 323
7.2.2 ITO/DBR 328
7.2.3 Ni/Ag和ITO/DBR對(duì)比 338
7.2.4 Ag/TiW和ITO/DBR對(duì)比 342
參考文獻(xiàn) 348
第8章 高壓LED芯片 352
8.1 高壓直流LED芯片 353
8.1.1 高壓直流LED工作原理 353
8.1.2 LED單胞陣列布局方式優(yōu)化設(shè)計(jì) 353
8.1.3 LED單胞間光子耦合傳播機(jī)制 356
8.2 高壓交流LED芯片 359
8.2.1 高壓交流LED工作原理 359
8.2.2 惠斯通電橋結(jié)構(gòu)高壓交流LED芯片 360
8.3 高壓直流/交流LED芯片光電性能 362
參考文獻(xiàn) 365
第9章 LED芯片失效機(jī)理與可靠性分析 368
9.1 位錯(cuò)對(duì)LED芯片可靠性的影響 368
9.2 結(jié)溫對(duì)大功率LED芯片光衰的影響 373
9.3 LED芯片正向/反向漏電流 376
9.3.1 LED芯片漏電流簡(jiǎn)介 376
9.3.2 LED芯片正向漏電流產(chǎn)生機(jī)理 382
9.3.3 LED芯片反向漏電流產(chǎn)生機(jī)理 385
9.3.4 反向漏電流與LED可靠性 395
9.3.5 加速壽命試驗(yàn) 396
9.4 p-GaN粗化與電極焊盤色差 398
參考文獻(xiàn) 404
第10章 新型LED器件 408
10.1 Micro-LED芯片 408
10.2 納米柱LED 413
10.3 偏振光LED 416
10.4 半極性/非極性LED 421
參考文獻(xiàn) 423
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