矽襯底GaN基LED異質外延生長及器件製備中應力研究

《矽襯底GaN基LED異質外延生長及器件製備中應力研究》是依託中山大學，由張佰君擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：矽襯底GaN基LED異質外延生長及器件製備中應力研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張佰君
• 依託單位：中山大學

中文摘要

GaN與矽之間大的晶格失配和熱失配引起的應力問題是矽襯底GaN基LED外延生長及LED晶片製備中的主要問題。本項目擬圍繞矽襯底GaN基材料生長及器件製備中的應力問題開展研究。在材料生長方面，採用微納圖形矽襯底及插入應力調控層技術，研究材料生長中的應力控制機制，解決矽襯底GaN基材料厚膜生長中的龜裂問題，並通過插入位錯阻擋層降低位錯密度，提高晶體質量；在矽襯底GaN基LED晶片製備中，採用多層金屬電鍍方法製備金屬自支撐襯底來替代矽襯底，研究金屬電鍍條件、多層電鍍金屬結構及電鍍金屬的退火條件對GaN基薄膜材料應力的影響，解決矽襯底GaN基LED製備中的應力問題。這兩個方面的研究對大尺寸矽襯底替代藍寶石襯底，實現低成本LED晶片製備具有重要意義。

結題摘要

應力是矽襯底GaN基LED外延生長及晶片製備中的主要問題。本項目圍繞材料生長及器件製備中的應力問題開展研究。項目順利完成，並取得了一系列科研成果： （一）在材料生長方面： 1. 研究了AlN緩衝層的生長條件對Si襯底GaN應力狀態及晶體質量的影響，提出了中溫、高溫AlN層結合的雙層緩衝層，相比單一高溫AlN緩衝層， GaN晶體質量、應力狀態及表面形貌有了明顯改善。 2. 採用周期性δ摻Si的方法，在保證n-GaN電學性能和晶體質量的條件下，減少了Si摻雜引入的張應力。Mg的δ摻雜同樣可有效減小p-GaN層中的應力。 3. 研究了AlGaN緩衝層對GaN晶體質量和應力的影響，提出了TMAl函式流量法生長Al組分連續漸變AlGaN緩衝層，有效保持了AlGaN引入的壓應力，減小了位錯密度，獲得高質量無龜裂的GaN厚薄膜。 4. 通過改變數子阱下面GaN層的應力狀態，研究了應力對量子阱特性的應力。 （二）在GaN基LED晶片製備方面： 1. 對前期研究的內嵌電極結構金屬銅基板GaN基薄膜LED晶片製備工藝進行了改進，製備了加寬P電極的內嵌電極結構GaN基薄膜LED晶片，其特性有較大的改善。 2. 引入全方位反射鏡（ODR）結構，製備了金屬銅襯底全方位反射鏡結構GaN基薄膜LED晶片。由於全方位反射鏡的插入以及銅襯底良好的散熱性能，轉移後的LED晶片的特性有了明顯的提升。對比GaN薄膜在Si襯底轉移襯底前後的應力進行分析，XRD測試顯示，由於Si襯底的剝離以及銅襯底的引入，使得晶片的張應力減小，壓應力增加，應力的變化使得晶片的峰值波長在轉移襯底後發生的藍移。 3. 為簡化矽襯底GaN基LED的轉移工藝，利用環氧樹脂的抗腐蝕性，提出了薄膜型環氧樹脂支撐的GaN基薄膜LED的製備技術。通過在環氧樹脂載體中添加黃色螢光粉，製備了光色均勻的薄膜型白光LED。 4. 通過應力調控技術，實現了帶有DBRs結構的GaN基LED無龜裂外延生長。結合通孔技術，製備了垂直導通的帶有DBRs結構的GaN基LED晶片。在不剝離矽襯底的情況下，實現了垂直導通並較小了襯底的吸收。