GaN基藍(lán)光LED氧化鋁鈍化膜的制備與性能研究.pdf

1、自從GaN基發(fā)光二極管誕生以來(lái),LED技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用得到飛速發(fā)展。大功率GaN基LED在全固態(tài)白光照明方面具有廣闊的應(yīng)用前景,被認(rèn)為是最有希望取代白熾燈與日光燈的第三代固態(tài)照明光源。但隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加和芯片尺寸的增大,會(huì)引發(fā)器件漏電電流增加,光效降低,可靠性減低等問(wèn)題,必須從芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多方面進(jìn)行研究才能加以解決。鈍化工藝是制作高亮度、大功率、高可靠性L(fǎng)ED器件的一個(gè)重要環(huán)節(jié),直接影響器件的可靠性能。目前LED器件常用的鈍化材料是硅

2、的氧化物或氮化物,然而隨著技術(shù)研究的發(fā)展,垂直結(jié)構(gòu)芯片、薄膜型芯片、倒裝芯片等新結(jié)構(gòu)芯片逐漸成為下一代LED芯片的發(fā)展方向,這類(lèi)芯片對(duì)鈍化材料提出了新的要求。根據(jù)這些新結(jié)構(gòu)LED器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求以及與制作器件的其他工藝的相容性,傳統(tǒng)的鈍化材料已不能滿(mǎn)足要求。所以,選擇合適的鈍化材料是制備這類(lèi)器件的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。作為一種新型功能薄膜材料的氧化鋁薄膜,由于具有透光率高、折射率大、絕緣性好、抗輻射能力強(qiáng)、耐蝕性強(qiáng)、硬度高等特點(diǎn),有希望成為L(zhǎng)

3、ED器件的新的鈍化層材料。所以對(duì)于它的制備工藝及相關(guān)性質(zhì)的研究越來(lái)越受到人們重視。鑒于磁控濺射作為一種高速、低溫、低損傷的十分有效的薄膜沉積方法,我們選擇射頻反應(yīng)磁控濺射法制備Al2O3薄膜,從理論和實(shí)驗(yàn)上研究了Al2O3薄膜的制各和性能。
　　 本論文采用Al靶射頻反應(yīng)磁控濺射法在藍(lán)寶石基GaN襯底上沉積Al2O3薄膜,重點(diǎn)研究了濺射參數(shù)及退火條件對(duì)Al2O3薄膜表面形貌、透光率、折射率、耐蝕性等性能的影響。通過(guò)改善制備工藝及

4、優(yōu)化生長(zhǎng)參數(shù),制備高質(zhì)量高性能的Al2O3薄膜,為在垂直薄膜結(jié)構(gòu)LED芯片上制備鈍化膜作了準(zhǔn)備。
　　 研究結(jié)果表明:用射頻反應(yīng)磁控濺射法,室溫沉積,濺射功率150W,Ar/O2流量比為200/60sccm,工作壓力0.6Pa,是制備氧化鋁薄膜最佳的工藝參數(shù)。此條件下沉積的薄膜具有相對(duì)較高的沉積速率,薄膜按層狀模式生長(zhǎng),表面比較光滑、致密,折射率為1.65接近理想單層鈍化層材料的折射率,在藍(lán)光455nm特征波長(zhǎng)處的透光率高達(dá)91

5、％,在BOE中的腐蝕速率也是相對(duì)最低的,雖然耐蝕性還不是非常理想。通過(guò)選擇和優(yōu)化退火方案,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),500℃退火60min是氧化鋁薄膜熱處理的較理想方案。此條件下Al2O3薄膜表面粗糙度較小,折射率為1.658,在波長(zhǎng)455nm處的透光率高達(dá)94.74%,薄膜經(jīng)過(guò)退火處理后,其耐腐蝕性顯著提高,薄膜腐蝕速率為0.09nm/s。我們得出,最佳工藝濺射制備的氧化鋁薄膜經(jīng)過(guò)適當(dāng)熱處理后能夠滿(mǎn)足垂直薄膜型LED器件鈍化的要求并能與制作器件的其他