硅衬底蓝光LED退火及铜基板工艺研究

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随着InGaN/GaN LED外延生长和芯片制备等技术的成熟,LED在照明,显示和背光市场上大放光彩,人们除了重视LED成本以外,对LED芯片制作的良率和芯片的可靠性也越来越关注。众所周知,从尺寸、成本、导电性能、散热性能等方面考虑,Si衬底生长LED都有着天然的优势。与蓝宝石和SiC衬底做比较,Si衬底和GaN之间在晶格常数和热膨胀系数上都有着更大的失配度,这意味着在Si衬底GaN基LED薄膜的外延生长中和芯片制备过程中,应力调制更为复杂、也更加重要。如果应力控制不当,将会严重影响Si衬底上外延生长出来的GaN薄膜的晶体质量,甚至会出现薄膜龟裂现象,同时应力状态也强烈影响着LED芯片的制备良率和光电性能。本文着重从芯片工艺上研究了退火过程中Si衬底GaN基LED芯片的应力变化及应力与LED光电性能对应关系,另外,本文还研究了Si衬底GaN基铜基板LED,用于改善大功率LED散热以及因散热导致内量子效率下降的问题。主要获得了一下研究成果:1、对去硅后的GaN薄膜进行连续退火,用HRXRD对其退火过程中应力变化进行测量,同时用SEM对bonding层金属之间的扩散情况进行研究;退火温度在从160℃提高到180℃应力释放明显;200℃最接近标准值,应力释放最充分;继续升温后应力值变化不大,在标准值附近波动。未退火前,bonding层金属界面较明显;温度升高,Ag和In相互扩散形成合金;当温度达到200℃,Bonding中金属界面消失,合金最为充分,应力释放也最为充分。2、将去硅后的GaN薄膜划成4.04mm×4.04mm的小方块,选出其中初始应力相近的9块进行分别退火,退火温度在180°C和260°C应力变化较明显,260°C测量结果与无应力下的晶格常数最为接近。对比退火前后量子阱变化,发现相对较低的退火温度下量子阱中GaN、InGaN、A1GaN、A1N峰位没有明显变化。3、连续退火的应力变化对光电性能的影响:将经过150℃低温回熔,150℃掩膜生长的芯片划成3.03mm×3.03mm的小方进行连续退火,观察其应力及其光电性能的对应关系,退火前芯片处于张应力,随着连续退火温度的升高,张应力减小,压应力增加。LED受到的压应力增大,量子阱的QSCE效应加剧,导致LED芯片光功率下降、波长红移、半峰宽加大。分别退火的应力变化对光电性能的影响:将经过150℃低温回熔,150℃掩膜生长的芯片划成四块,取其中三部分分别不做退火、220℃、260℃退火,结果同连续退火一样:样品压应力越大,EQE越低,压应力越小,EQE越高。5、采用图形电镀铜(1Oμm)加bonding硅基板的方法制备有铜结构LED芯片(10μm),分析了薄铜和厚铜工艺实现的难易程度,并与无铜结构硅基板芯片做了比较,对比两者在光功率、发光波长、结温等方面差异。
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