提高GaN基LED的光提取效率之激光剝離技術的研究.pdf

1、半導體發(fā)光二極管LED是一種可將電能轉變?yōu)楣饽艿挠性雌骷?，屬于固態(tài)光源。在半導體LED的大家族中，尤以GaN基LED的發(fā)展和研究引人注目。GaN材料由于其直接帶隙、優(yōu)良的光電特性，以及近些年GaN基半導體材料在薄膜制備，晶體生長等光電器件制備方面取得多項重大技術突破，因而被譽為照明領域發(fā)展的動力。然而，由于GaN基LED中藍寶石襯底的限制阻礙著GaN基LED器件的發(fā)光效率以及其光電性能的提高，為此提出激光剝離技術。通過激光剝離技術并結合

2、晶體鍵合技術以及電鍍技術將GaN基LED從藍寶石襯底上轉移至導電、導熱性能更好的其他襯底材料上，從而提高GaN基LED的光提取效率及光電性能。 本論文主要圍繞提高GaN基LED的光提取效率之激光剝離技術以及基于激光剝離技術的垂直型GaN基LED器件的制備進行研究。通過激光剝離并結合晶體鍵合技術，成功地將GaN薄膜從藍寶石上剝離并轉移至Si襯底上，且GaN薄膜的特性沒有受到損傷和破壞。在此基礎上，結合電鍍Cu襯底的方式，制備出能發(fā)

3、光的垂直型GaN基LED器件。 首先從理論上分析了造成GaN基LED光提取效率較低的原因以及對應的解決方案。重點討論了如何消除藍寶石襯底給器件性能帶來的破壞，由此提出激光剝離技術并分析了利用激光剝離技術提高GaN基LED光電性能的可行性。詳細介紹了激光剝離技術的原理，裝置系統(tǒng)。設計出利用激光剝離技術進行GaN薄膜的單片剝離以及垂直型LED制備的工藝流程，并分析了激光剝離后GaN薄膜或GaN垂直LED器件所應達到的技術目標。對激光

4、剝離中主要參數的選取進行了理論分析和計算，并在理論計算值的指導下，進行單片GaN薄膜從藍寶石襯底剝離的實驗。分析實驗結果，最終確定出能實現GaN薄膜完整、無損剝離的激光光束的能量密度等參數。 對實現完整、無損傷激光剝離中，關鍵工藝之鍵合技術進行研究。介紹并分析了各種晶體鍵合方式的原理和適用性。根據激光剝離藍寶石襯底所需達到的技術目標以及GaN材料特性，確定采用低溫熔融鍵合方式進行新襯底Si的鍵和。設計出采用不同材料作為鍵合介質的

5、鍵合工藝流程，并確定不同鍵合方案的鍵合工藝條件。對采用不同鍵合介質的鍵合樣品的鍵合強度和均勻性進行測試，并對鍵合后的樣品進行激光剝離實驗，最終找出適合于本課題組采用的鍵合金屬介質和鍵合工藝條件。此外，對激光剝離中，激光輻照樣品后，在藍寶石/GaN界面生成的物質的成分及其化學狀態(tài)進行測試。分析了在藍寶石/GaN界面處GaN熱分解產生的金屬Ga難以去除的原因，并給出相應的解決方法。探討利用激光剝離技術制備垂直型GaN基LED的可行性。提出了