硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管_江风益.pdfVIP

中国科学: 物理学 力学 天文学 2015 年 第45 卷 第6 期: 067302 《中国科学》杂志社 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica Astronomica SCIENCE CHINA PRESS 蓝光LED 专题 评述 · 硅衬底高光效GaN 基蓝色发光二极管 * 江风益, 刘军林, 王立, 熊传兵, 方文卿, 莫春兰, 汤英文, 王光绪, 徐龙权, 丁杰, 王小兰, 全知觉, 张建立, 张萌, 潘拴, 郑畅达 国家硅基LED 工程技术研究中心, 南昌大学, 南昌 330047 *联系人, E-mail: liujunlin@ 收稿日期: 2015-01-16, 接收日期: 2015-03-11; 网络出版日期: 2015-05-05 国家高技术研究发展计划(编号: 2011AA03A101, 2009AA03A199, 2005AA311010, 2003AA302160) 、国家自然科学基金(批准号: 、国家科技支撑计划(编号: 2011BAE32B01)和电子发展基金资助 摘要 经过近十年的探索, 作者在国际上率先突破了硅衬底高光效 GaN 基蓝光 LED 材料生长技术及 其薄膜型芯片制造技术, 制备了内量子效率和取光效率均高达 80% 的单面出光垂直结构 GaN 基蓝光 LED, 并实现了产业化和商品化, 成功地应用于路灯、球炮灯、矿灯、筒灯、手电和显示显像等领域. 本 文就相关关键技术进行全面系统地介绍. 发明了选区生长、无掩模微侧向外延等技术, 仅用 100 nm 厚的 单一高温 AlN 作缓冲层, 制备了无裂纹、厚度大于 3 µm 的器件级 GaN 基 LED 薄膜材料, 位错密度为 5×108 cm2. 发明了自成体系的适合硅衬底 GaN 基薄膜型 LED 芯片制造的工艺技术, 包括高反射率低接 触电阻 p 型欧姆接触电极、高稳定性低接触电阻 n 型欧姆接触电极、表面粗化、互补电极、GaN 薄膜应 力释放等技术, 获得了高光效、高可靠性的硅基 LED, 蓝光 LED(450 nm)在 350 mA(35 A/cm2)下, 光输出 功率达 657 mW, 外量子效率为 68.1%. 关键词 硅衬底, 高光效, 氮化镓, 发光二极管 PACS: 78.66.Fd, 73.40.Kp, 68.55.-a doi: 10.1360/SSPMA2015-00027 1 引言 公司 Pankove 等人[5]20 多年来没能解决的两大难题, 即“如何获得器件质量的外延材料和空穴导电的 p 型 2014 年 10 月7 日瑞典皇家科学院宣布: 赤崎勇、 层”. 天野浩和中村修二因发明“高效蓝色发光二极管”获 近 20 年来, 基于蓝宝石衬底的 GaN 基蓝光 LED 得 2014 年诺贝尔物理学奖. 这 3 位科学家的突出贡 技术和产业发展迅猛, 成为目前市场上的主流技术 献在于, 20 年前他们突破了在蓝宝石衬底上制备高光 路线. 同时, 基于 SiC 衬底的 GaN 基蓝光 LED 技术 效 GaN 基蓝光 LED 的两大核心技术, 即过渡层生长 在少数厂家(代表性企业如美国的 Cree 公司)得以实 技术和 p 型 GaN 激活技术[1–4], 从而解决