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提高GaN基倒装焊LED芯片外量子效率的方法研究

钟广明  
【摘要】:LED以其节能、环保的优点广泛应用在信息显示、通信和照明等领域。目前LED芯片的主要外延材料是GaN基化合物,GaN具有大的禁带宽度、较高的热导率和电子空穴辐射复合效率;GaN和InN、AlN按不同组分混合可以改变材料的禁带宽度,实现芯片蓝、绿、紫等不同颜色的发光。LED芯片有三种常见的结构,分别是正装、倒装焊和垂直结构,倒装焊LED芯片结构被认为是实现芯片大功率的一个方向,相较于传统正装芯片光出射效率高,散热性能较好;相对于垂直结构,制作过程相对简单,成品率高。随着社会对LED发光亮度、发光质量要求的不断提高,对LED芯片的电光转换能力和稳定性提出了更高的要求。外量子效率是综合衡量LED芯片电光转化效能的重要参数之一,随着LED芯片大功率发展,芯片外量子效率的提高势在必行。本文围绕如何提高GaN基倒装焊LED芯片外量子效率,从芯片的光学和电学两个方面展开研究,做了如下的工作: 第一章阐述了本文的研究意义,对提高LED芯片外量子效率的国内外现状进行了分析,并介绍了本文的主要研究工作。 第二章介绍了影响外量子效率的折射率、电流拥挤效应等因素,并对这些影响因素进行了深入的研究,通过对以上影响因素的分析,并结合前人的研究的成果,本文提出了一种GaN基倒装焊LED芯片的结构,并对结构的特点进行了阐述。 第三章采用蒙特卡罗光线追踪方法,比较了蓝宝石衬底剥离前后、蓝宝石单面图形化和双面图形化、有无缓冲层、芯片尺寸对LED芯片的光提取效率的影响,并对图形化结构和尺寸作了进一步选取与优化。采用微加工工艺制作了双面图形化的蓝宝石,实验测试并研究了图形化结构对LED光通量的影响,并与仿真结果进行比较。 第四章研究了GaN基倒装焊LED芯片电流传输模型,采用电阻等效方法推导出获得电流均匀分布的量化条件,并进行了仿真验证。 第五章采用有限元仿真软件COMSOL,研究了芯片尺寸、电极枝条数目、电极结构、焊点的数目、焊点的位置对芯片有源层电流密度分布的影响,并对相关机理进行了探讨。 第六章对本文的研究工作做了总结,指出了有本文待进一步解决的问题,并提出了发展建议。


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