高光效大功率蓝光InGaN/GaN LED芯片制造及其漏电机理研究
发布时间：2021-12-12 07:28
大功率发光二极管（Light Emitting Diodes,LEDs）因具有电光转换效率高、节能环保、寿命长、体积小等优点而开始大规模用于照明领域。目前,白光LED主要通过蓝光LED芯片激发黄色荧光粉原理实现。因此,蓝光LED芯片性能的提升,对提高照明效率,节省能源起着至关重要的作用。目前,蓝光LED性能已经得得了很大的提升,蓝宝石衬底大功率蓝光LED芯片的发光效率能够达到140～180 lm/W,但仍然存在光提取效率偏低、大电流下出现电流聚集现象而导致“效率下降”、漏电流过大等亟待解决的关键科学问题。而且大功率LED芯片技术主要被几家国外公司垄断,国内LED芯片制造企业生产的大功率LED芯片质量与国际领先水平仍存在一定的差距。本课题以大功率InGaN/GaN蓝光LED芯片为研究对象,采用理论分析、仿真计算和实验研究的手段,研究LED微纳光学结构和电极结构优化设计对LED芯片光电性能的积极影响,并探析了 LED芯片漏电流形成机理及漏电流大小对LED可靠性的影响。主要研究内容包括如下几个方面:（1）通过分析光子在LED结构中的传输性质,确定了提高LED光提取效率的基本思路。基于几何光学...
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图I-1蓝光LED芯片激发黄色荧光粉产生白光原理图
光效很低。双异质（Ｄｏｕｂｌｅｈｅｔｅｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅ，ＤＨ）结构的出现解决了?ＬＥＤ??光效偏低的根本问题，使ＬＥＤ能够真正得到实际应用。双异质结构一般由宽带??隙的ｐ型和ｎ型半导体材料和插入其中的一薄层窄带隙材料组成，如图１－３所??示。宽带隙的ｐ型和ｎ型半导体材料分别作为空穴和电子产生层，而窄带隙材料??则作为载流子限制层。过剩载流子分别从两个方向注入有源层，然后在窄带隙材??料中复合，所以此层材料往往又称为有源层。此时，发光区域由有源区厚度确定，??而不是载流子扩散长度。显然，把有源层变薄是增加辐射复合概率的有效措施。??当有源层的厚度降低到晶体电子的德布罗意波长可比的尺度时，载流子会被量子??限域，这种结构即为量子阱（ＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ，ＱＷ）结构。为进一步提升光效，现??今多采用多量子阱（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ?Ｑｕａｎｔｕｍ?Ｗｅｌｌ，ＭＱＷ）结构。??ｒ？？？？？？？？？？？???导带?????光子??ｎ型宽禁带?窄禁带ｐ型宽禁带??”?Ｅｊｒｐ??〇〇〇〇〇Ｌ＾ｂ〇〇〇〇〇〇〇〇?价带??０００００?〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇??〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇??图１－３双异质结发光原理示意图??１．２．２?ＬＥＤ发展历史??１９０７年
。隙的ｐ型和ｎ型半导体材料和插入其中的一薄层窄带隙材料组成，如图示。宽带隙的ｐ型和ｎ型半导体材料分别作为空穴和电子产生层，而窄带则作为载流子限制层。过剩载流子分别从两个方向注入有源层，然后在窄料中复合，所以此层材料往往又称为有源层。此时，发光区域由有源区厚度而不是载流子扩散长度。显然，把有源层变薄是增加辐射复合概率的有当有源层的厚度降低到晶体电子的德布罗意波长可比的尺度时，载流子会限域，这种结构即为量子阱（ＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ，ＱＷ）结构。为进一步提升光
【参考文献】：
期刊论文
[1]插指型SiO2电流阻挡层对大功率LED外量子效率的影响[J]. 刘梦玲,高艺霖,胡红坡,刘星童,吕家将,郑晨居,丁星火,周圣军. 发光学报. 2017(06)
[2]磁控反应溅射AlN缓冲层对GaN基LED器件性能的影响[J]. 农明涛,苗振林,梁智勇,周佐华,蔡炳杰,卢国军,林传强,张宇. 发光学报. 2015(12)
[3]侧壁粗化提高GaN基发光二极管出光效率的研究[J]. 李晓莹,朱丽虹,邓彪,张玲,刘维翠,曾凡明,刘宝林. 厦门大学学报(自然科学版). 2015(03)
[4]硅基板和铜基板垂直结构GaN基LED变温变电流发光性能的研究[J]. 黄斌斌,熊传兵,张超宇,黄基锋,王光绪,汤英文,全知觉,徐龙权,张萌,王立,方文卿,刘军林,江风益. 物理学报. 2014(21)
[5]Enhancement in light output power of LEDs with reflective current blocking layer and backside hybrid reflector[J]. ZHOU ShengJun,FANG Fang,CAO Bin,LIU Sheng,DING Han. Science China（Technological Sciences）. 2013(06)
[6]利用结构函数分析功率型LED的热特性[J]. 张海兵,吕毅军,陈焕庭,李开航,高玉琳,陈忠,陈国龙. 光电子.激光. 2009(04)
[7]MOCVD生长的p型GaN薄膜中Mg掺杂的优化与分析（英文）[J]. 张晓敏,王彦杰,杨子文,廖辉,陈伟华,李丁,李睿,杨志坚,张国义,胡晓东. 半导体学报. 2008(08)
[8]GaN基材料及其外延生长技术研究[J]. 刘一兵,黄新民,刘国华. 微纳电子技术. 2008(03)
[9]p型氮化镓退火及发光二极管研究[J]. 邢艳辉,韩军,刘建平,牛南辉,邓军,沈光地. 固体电子学研究与进展. 2007(02)
[10]钝化处理对GaN基LED反向漏电流特性的改善[J]. 薛松,韩彦军,罗毅. 半导体光电. 2006(02)
博士论文
[1]一种新型氮化镓基发光二极管芯片的分析及制备研究[D]. 汪沛.华中科技大学 2011
本文编号：3536258
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图I-1蓝光LED芯片激发黄色荧光粉产生白光原理图
光效很低。双异质（Ｄｏｕｂｌｅｈｅｔｅｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅ，ＤＨ）结构的出现解决了?ＬＥＤ??光效偏低的根本问题，使ＬＥＤ能够真正得到实际应用。双异质结构一般由宽带??隙的ｐ型和ｎ型半导体材料和插入其中的一薄层窄带隙材料组成，如图１－３所??示。宽带隙的ｐ型和ｎ型半导体材料分别作为空穴和电子产生层，而窄带隙材料??则作为载流子限制层。过剩载流子分别从两个方向注入有源层，然后在窄带隙材??料中复合，所以此层材料往往又称为有源层。此时，发光区域由有源区厚度确定，??而不是载流子扩散长度。显然，把有源层变薄是增加辐射复合概率的有效措施。??当有源层的厚度降低到晶体电子的德布罗意波长可比的尺度时，载流子会被量子??限域，这种结构即为量子阱（ＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ，ＱＷ）结构。为进一步提升光效，现??今多采用多量子阱（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ?Ｑｕａｎｔｕｍ?Ｗｅｌｌ，ＭＱＷ）结构。??ｒ？？？？？？？？？？？???导带?????光子??ｎ型宽禁带?窄禁带ｐ型宽禁带??”?Ｅｊｒｐ??〇〇〇〇〇Ｌ＾ｂ〇〇〇〇〇〇〇〇?价带??０００００?〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇??〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇??图１－３双异质结发光原理示意图??１．２．２?ＬＥＤ发展历史??１９０７年
。隙的ｐ型和ｎ型半导体材料和插入其中的一薄层窄带隙材料组成，如图示。宽带隙的ｐ型和ｎ型半导体材料分别作为空穴和电子产生层，而窄带则作为载流子限制层。过剩载流子分别从两个方向注入有源层，然后在窄料中复合，所以此层材料往往又称为有源层。此时，发光区域由有源区厚度而不是载流子扩散长度。显然，把有源层变薄是增加辐射复合概率的有当有源层的厚度降低到晶体电子的德布罗意波长可比的尺度时，载流子会限域，这种结构即为量子阱（ＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ，ＱＷ）结构。为进一步提升光
【参考文献】：
期刊论文
[1]插指型SiO2电流阻挡层对大功率LED外量子效率的影响[J]. 刘梦玲,高艺霖,胡红坡,刘星童,吕家将,郑晨居,丁星火,周圣军. 发光学报. 2017(06)
[2]磁控反应溅射AlN缓冲层对GaN基LED器件性能的影响[J]. 农明涛,苗振林,梁智勇,周佐华,蔡炳杰,卢国军,林传强,张宇. 发光学报. 2015(12)
[3]侧壁粗化提高GaN基发光二极管出光效率的研究[J]. 李晓莹,朱丽虹,邓彪,张玲,刘维翠,曾凡明,刘宝林. 厦门大学学报(自然科学版). 2015(03)
[4]硅基板和铜基板垂直结构GaN基LED变温变电流发光性能的研究[J]. 黄斌斌,熊传兵,张超宇,黄基锋,王光绪,汤英文,全知觉,徐龙权,张萌,王立,方文卿,刘军林,江风益. 物理学报. 2014(21)
[5]Enhancement in light output power of LEDs with reflective current blocking layer and backside hybrid reflector[J]. ZHOU ShengJun,FANG Fang,CAO Bin,LIU Sheng,DING Han. Science China（Technological Sciences）. 2013(06)
[6]利用结构函数分析功率型LED的热特性[J]. 张海兵,吕毅军,陈焕庭,李开航,高玉琳,陈忠,陈国龙. 光电子.激光. 2009(04)
[7]MOCVD生长的p型GaN薄膜中Mg掺杂的优化与分析（英文）[J]. 张晓敏,王彦杰,杨子文,廖辉,陈伟华,李丁,李睿,杨志坚,张国义,胡晓东. 半导体学报. 2008(08)
[8]GaN基材料及其外延生长技术研究[J]. 刘一兵,黄新民,刘国华. 微纳电子技术. 2008(03)
[9]p型氮化镓退火及发光二极管研究[J]. 邢艳辉,韩军,刘建平,牛南辉,邓军,沈光地. 固体电子学研究与进展. 2007(02)
[10]钝化处理对GaN基LED反向漏电流特性的改善[J]. 薛松,韩彦军,罗毅. 半导体光电. 2006(02)
博士论文
[1]一种新型氮化镓基发光二极管芯片的分析及制备研究[D]. 汪沛.华中科技大学 2011
本文编号：3536258
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