氮化鎵基發(fā)光二極管芯片設(shè)計與制造

目錄
第1章 緒論 1
1.1 LED發(fā)展歷史 1
1.2 LED國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.2.1 LED外延生長技術(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 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 歐姆接觸簡介 66
2.5.2 歐姆接觸原理 67
2.5.3 歐姆接觸的測量 69
2.5.4 金屬與p-AlGaN和p-GaN接觸特性 72
2.6 極化電場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 89
第3章 LED外延結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料生長 94
3.1 Ⅲ族氮化物晶體結(jié)構(gòu) 94
3.2 GaN外延測試分析與表征手段 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 104
3.3.1 薄膜生長模式 104
3.3.2 MOCVD兩步法生長GaN 105
3.3.3 GaN基藍光LED 106
3.3.4 GaN基綠光LED 113
3.3.5 GaN基紫外LED 142
參考文獻 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GaN刻蝕影響 195
4.3 薄膜淀積與退火工藝 215
4.4 藍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 232
第5章 LED芯片電流擴展特性 238
5.1 電流聚集效應(yīng) 238
5.1.1 電流擴展路徑 238
5.1.2 電流擴展模型 240
5.1.3 電流聚集效應(yīng)對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 電流擴展仿真分析 253
5.3.1 SlimuLED軟件介紹 253
5.3.2 藍光LED芯片電流擴展仿真 253
5.3.3 紫外LED芯片電流擴展仿真 258
參考文獻 266
第6章 高效率水平結(jié)構(gòu)LED芯片 269
6.1 藍寶石圖形襯底技術(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 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 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對比 338
7.2.4 Ag/TiW和ITO/DBR對比 342
參考文獻 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 353
8.1.3 LED單胞間光子耦合傳播機制 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 365
第9章 LED芯片失效機理與可靠性分析 368
9.1 位錯對LED芯片可靠性的影響 368
9.2 結(jié)溫對大功率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芯片漏電流簡介 376
9.3.2 LED芯片正向漏電流產(chǎn)生機理 382
9.3.3 LED芯片反向漏電流產(chǎn)生機理 385
9.3.4 反向漏電流與LED可靠性 395
9.3.5 加速壽命試驗 396
9.4 p-GaN粗化與電極焊盤色差 398
參考文獻 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 423