倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片研究取得新進(jìn)展
動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院劉勝教授團(tuán)隊(duì)在率倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管(led)研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，研究成果在光學(xué)領(lǐng)域期刊optics express(《光學(xué)快報(bào)》)發(fā)表。
論文題為numerical and experimental investigation of gan-based flip-chip light-emitting diodes with highly reflective ag/tiw and ito/dbr ohmic contacts(《率氮化鎵基倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)研究》)，作者為動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院副教授周圣軍，通訊作者為劉勝。大功率倒裝結(jié)構(gòu)led芯片在汽車大燈、舞臺(tái)燈、投影儀和探照燈等以點(diǎn)光源、極高電流密度和光密度為特征的led照明市場(chǎng)具有廣闊的應(yīng)用前景。倒裝技術(shù)是三維封裝領(lǐng)域的核心技術(shù)，形成具有高反射率、低阻歐姆接觸的p型電極是高光效倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管(led)芯片的關(guān)鍵技術(shù)。由于電子束蒸鍍ag薄膜與p-gan的粘接強(qiáng)度低、歐姆接觸電阻高，目前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界通過在ag薄膜下面插入一層ni薄膜增強(qiáng)粘附強(qiáng)度，降低歐姆接觸電阻，然而由于ni對(duì)可見光具有強(qiáng)烈的吸收作用，導(dǎo)致ni/ag的反射率急劇下降，從而降低了倒裝結(jié)構(gòu)led芯片的發(fā)光效率。為了解決這一困擾學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的難題，劉勝團(tuán)隊(duì)采用離子束濺射仿真制備ag膜提高ag與p-gan的粘附強(qiáng)度，在氮?dú)夥諊?00℃高溫快速熱退火使純ag薄膜與p-gan形成低阻歐姆接觸。盡管通過離子束濺射和高溫?zé)嵬嘶鸸に嚱鉀Q了純ag與p-gan的粘結(jié)強(qiáng)度和歐姆接觸問題，然而高溫退火使純ag薄膜發(fā)生團(tuán)簇，導(dǎo)致ag膜反射率下降。通過大量實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)，在ag薄膜上濺射一層tiw薄膜可以有效抑制高溫退火工藝中ag膜發(fā)生的團(tuán)簇現(xiàn)象，從而獲得了具有高反射率、低阻歐姆接觸的p型電極ag/tiw，并成功應(yīng)用于倒裝結(jié)構(gòu)led芯片中。基于大電流密度led 芯片特種照明技術(shù)的突破，有望明顯提升我國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。劉勝團(tuán)隊(duì)基于漂移-擴(kuò)散方程、載流子連續(xù)性方程和熱傳輸理論，建立了超大電流密度的led 芯片電-光-熱-可靠性分析模型，對(duì)倒裝結(jié)構(gòu)led芯片進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，成功制備了以ag/tiw為p型歐姆接觸的高光效、大電流密度倒裝led，使芯片光輸出飽和電流提高到原來的兩倍。該項(xiàng)研究課題得到自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的資助(u1501241)，研究成果有望在汽車照明和特種照明領(lǐng)域得到應(yīng)用。
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