新型薄膜全方位反射發(fā)光二極管的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、二十世紀(jì)60年代，第一支紅光發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，LED)誕生。在近50年的時(shí)間里，半導(dǎo)體光電子產(chǎn)業(yè)不斷地前進(jìn)，發(fā)展。隨著紅色，橙色，黃色AlGaInP二極管和藍(lán)色，綠色GaN基二極管的發(fā)明，使用光電二極管進(jìn)行高亮度全色照明成為了可能。因此半導(dǎo)體光電子技術(shù)被看為當(dāng)今最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一，具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。但目前市場(chǎng)上高亮度LED的核心技術(shù)都被掌握在美，日等發(fā)達(dá)國(guó)家手中，國(guó)家也投入巨資，希望

2、改變這種現(xiàn)狀。本文提出了一種新的基于Au/Au固相直接鍵合的AlGaInP紅光LED結(jié)構(gòu)，從原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上解決了傳統(tǒng)AlGaInP紅光LED發(fā)光效率低，熱效應(yīng)差等問題，這對(duì)促進(jìn)我國(guó)半導(dǎo)體光電事業(yè)的發(fā)展具有重大意義。 本文圍繞薄膜全方位反射LED的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：固相Au/Au直接鍵合技術(shù)和全方位反光鏡技術(shù)展開研究。成功地利用固相Au/Au直接鍵合工藝將AlGaInP紅光LED外延片從GaAs襯底轉(zhuǎn)移到Si襯底上，并在鍵合界面制作

3、了全方位反光鏡(Omni-directional Reflector， ODR)結(jié)構(gòu)，鍵合過程沒有對(duì)ODR結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響，具體研究?jī)?nèi)容可歸納如下： 1.固相晶片直接鍵合技術(shù)的研究 對(duì)晶片之間的固相直接鍵合進(jìn)行理論分析，研究了影響晶片直接鍵合的幾個(gè)重要因素，包括鍵合樣品晶片的表面形貌，晶片表面化學(xué)狀態(tài)及化學(xué)處理和鍵合過程中退火溫度對(duì)于鍵合成功率及鍵合質(zhì)量的影響。為進(jìn)一步深入研究GaAs與Si襯底之間的固相直接鍵合以及提

4、高鍵合效率、保證鍵合工藝的穩(wěn)定性打下基礎(chǔ)。 2.固相晶片直接鍵合界面的測(cè)試分析 從微結(jié)構(gòu)、元素分布、鍵合強(qiáng)度等幾個(gè)方面測(cè)試分析直接鍵合晶片的界面特性。測(cè)試固相Au/Au直接鍵合的強(qiáng)度，以確定其是否滿足后續(xù)減薄，選擇性腐蝕等工藝的需要。為了確定鍵合工藝，比較直接鍵合和Au/Si共熔鍵合對(duì)鍵合晶片和鍵合界面的影響。 3.薄膜全方位反射發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 分析限制傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)紅光AlGaInP-LED光提取效率的因

5、素，然后對(duì)幾種國(guó)內(nèi)外常用的提高紅光LED光提取效率的技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)其中涉及的理論進(jìn)行分析。綜合上述幾種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提出薄膜全方位反射發(fā)光二極管(Thin FilmODR-LED)的新結(jié)構(gòu)，來改善LED的光提取效率。設(shè)計(jì)ODR-LED的整體結(jié)構(gòu)，對(duì)ODR-LED的關(guān)鍵部件如反光鏡選擇、窗口層材料選擇等做出選擇，指出提高器件光提取效率的重要因素，并論證全方位反光鏡結(jié)構(gòu)能大幅度提高LED的光提取效率。 4.薄膜全方位反光鏡LE