氮化镓基发光二极管芯片设计与制造

目录

第1章 绪论 1

1.1 LED发展历史 1

1.2 LED国内外研究现状 4

1.2.1 LED外延生长技术与衬底材料 4

1.2.2 LED芯片结构研究现状 16

1.2.3 LED芯片光提取效率研究现状 21

参考文献 35

第2章 LED基本原理 46

2.1 LED工作原理 46

2.2 辐射复合与非辐射复合 48

2.3 内量子效率与外量子效率 49

2.3.1 内量子效率 49

2.3.2 光提取效率 53

2.3.3 外量子效率 55

2.4 LED的特性参数 56

2.4.1 LED的光学参数 56

2.4.2 LED的色度学参数 59

2.4.3 LED的电学参数 63

2.4.4 LED的热学参数 66

2.5 欧姆接触电极 66

2.5.1 欧姆接触简介 66

2.5.2 欧姆接触原理 67

2.5.3 欧姆接触的测量 69

2.5.4 金属与p-AlGaN和p-GaN接触特性 72

2.6 极化电场与量子限制斯塔克效应 80

2.6.1 InN、GaN和AlN的晶体结构和极性 80

2.6.2 自发极化与压电极化 82

2.6.3 量子限制斯塔克效应 87

参考文献 89

第3章 LED外延结构设计与材料生长 94

3.1 Ⅲ族氮化物晶体结构 94

3.2 GaN外延测试分析与表征手段 97

3.2.1 原子力显微镜 97

3.2.2 扫描电子显微镜 98

3.2.3 透射电子显微镜 98

3.2.4 光致发光 99

3.2.5 电致发光 99

3.2.6 阴极荧光 100

3.2.7 霍尔测试 101

3.2.8 拉曼散射 101

3.2.9 高分辨X射线衍射 102

3.3 GaN基LED外延生长 104

3.3.1 薄膜生长模式 104

3.3.2 MOCVD两步法生长GaN 105

3.3.3 GaN基蓝光LED 106

3.3.4 GaN基绿光LED 113

3.3.5 GaN基紫外LED 142

参考文献 166

第4章 LED芯片制造工艺 179

4.1 光刻工艺 179

4.1.1 LED外延片清洗 179

4.1.2 涂胶 180

4.1.3 软烘 180

4.1.4 曝光和显影 180

4.2 刻蚀工艺 181

4.2.1 蓝宝石衬底的刻蚀 181

4.2.2 ITO材料的刻蚀 185

4.2.3 SiO2材料的沉积与刻蚀 188

4.2.4 GaN材料的刻蚀 190

4.2.5 ICP工艺参数对GaN刻蚀影响 195

4.3 薄膜淀积与退火工艺 215

4.4 蓝宝石衬底背减薄和抛光工艺 218

4.4.1 工艺流程 219

4.4.2 工艺优化 220

4.5 蓝宝石衬底剥离技术 222

4.5.1 激光剥离技术 222

4.5.2 化学剥离技术 223

4.5.3 机械剥离技术 225

4.5.4 复合剥离技术 226

4.6 工艺集成 227

参考文献 232

第5章 LED芯片电流扩展特性 238

5.1 电流聚集效应 238

5.1.1 电流扩展路径 238

5.1.2 电流扩展模型 240

5.1.3 电流聚集效应对LED芯片光提取效率的影响 243

5.2 电-热耦合仿真模型 248

5.2.1 LED芯片有源区一维特性 248

5.2.2 LED芯片三维电流扩展特性 250

5.2.3 LED芯片中热的产生和传递 251

5.3 电流扩展仿真分析 253

5.3.1 SlimuLED软件介绍 253

5.3.2 蓝光LED芯片电流扩展仿真 253

5.3.3 紫外LED芯片电流扩展仿真 258

参考文献 266

第6章 高效率水平结构LED芯片 269

6.1 蓝宝石图形衬底技术 269

6.2 侧壁空气间隙结构 271

6.3 侧壁波浪状微结构 275

6.4 图形化ITO 276

6.5 电流阻挡层 287

6.6 图形化电流阻挡层 294

6.7 低光损失电极结构 298

6.8 金属线网格透明导电电极 301

6.9 底部反射镜 306

参考文献 313

第7章 倒装结构LED芯片 319

7.1 倒装LED芯片电极结构优化设计 319

7.1.1 倒装LED芯片电极结构 319

7.1.2 倒装LED芯片电流扩展仿真 320

7.2 高反射率低阻p型欧姆接触电极 323

7.2.1 Ni/Ag 323

7.2.2 ITO/DBR 328

7.2.3 Ni/Ag和ITO/DBR对比 338

7.2.4 Ag/TiW和ITO/DBR对比 342

参考文献 348

第8章 高压LED芯片 352

8.1 高压直流LED芯片 353

8.1.1 高压直流LED工作原理 353

8.1.2 LED单胞阵列布局方式优化设计 353

8.1.3 LED单胞间光子耦合传播机制 356

8.2 高压交流LED芯片 359

8.2.1 高压交流LED工作原理 359

8.2.2 惠斯通电桥结构高压交流LED芯片 360

8.3 高压直流/交流LED芯片光电性能 362

参考文献 365

第9章 LED芯片失效机理与可靠性分析 368

9.1 位错对LED芯片可靠性的影响 368

9.2 结温对大功率LED芯片光衰的影响 373

9.3 LED芯片正向/反向漏电流 376

9.3.1 LED芯片漏电流简介 376

9.3.2 LED芯片正向漏电流产生机理 382

9.3.3 LED芯片反向漏电流产生机理 385

9.3.4 反向漏电流与LED可靠性 395

9.3.5 加速寿命试验 396

9.4 p-GaN粗化与电极焊盘色差 398

参考文献 404

第10章 新型LED器件 408

10.1 Micro-LED芯片 408

10.2 纳米柱LED 413

10.3 偏振光LED 416

10.4 半极性/非极性LED 421

参考文献 423