氮化鎵基發光二極管芯片設計與製造（簡體書）

本書基於作者多年從事LED芯片設計與製造技術研發和產業化的經驗，詳細介紹了提高水平結構LED芯片、倒裝結構LED芯片和高壓LED芯片外量子效率的設計與製造技術。採用微加工技術在水平結構LED芯片的正面、底面和側面集成微納光學結構，提高其發光效率。採用高反射率、低阻P型歐姆接觸電極和通孔接觸式N型電極提高倒裝結構LED芯片發光效率。

目錄
第1章 緒論 1
1.1 LED發展歷史 1
1.2 LED國內外研究現狀 4
1.2.1 LED外延生長技術與襯底材料 4
1.2.2 LED芯片結構研究現狀 16
1.2.3 LED芯片光提取效率研究現狀 21
參考文獻 35
第2章 LED基本原理 46
2.1 LED工作原理 46
2.2 輻射複合與非輻射複合 48
2.3 內量子效率與外量子效率 49
2.3.1 內量子效率 49
2.3.2 光提取效率 53
2.3.3 外量子效率 55
2.4 LED的特性參數 56
2.4.1 LED的光學參數 56
2.4.2 LED的色度學參數 59
2.4.3 LED的電學參數 63
2.4.4 LED的熱學參數 66
2.5 歐姆接觸電極 66
2.5.1 歐姆接觸簡介 66
2.5.2 歐姆接觸原理 67
2.5.3 歐姆接觸的測量 69
2.5.4 金屬與p-AlGaN和p-GaN接觸特性 72
2.6 極化電場與量子限制斯塔克效應 80
2.6.1 InN、GaN和AlN的晶體結構和極性 80
2.6.2 自發極化與壓電極化 82
2.6.3 量子限制斯塔克效應 87
參考文獻 89
第3章 LED外延結構設計與材料生長 94
3.1 Ⅲ族氮化物晶體結構 94
3.2 GaN外延測試分析與表徵手段 97
3.2.1 原子力顯微鏡 97
3.2.2 掃描電子顯微鏡 98
3.2.3 透射電子顯微鏡 98
3.2.4 光致發光 99
3.2.5 電致發光 99
3.2.6 陰極熒光 100
3.2.7 霍爾測試 101
3.2.8 拉曼散射 101
3.2.9 高分辨X射線衍射 102
3.3 GaN基LED外延生長 104
3.3.1 薄膜生長模式 104
3.3.2 MOCVD兩步法生長GaN 105
3.3.3 GaN基藍光LED 106
3.3.4 GaN基綠光LED 113
3.3.5 GaN基紫外LED 142
參考文獻 166
第4章 LED芯片製造工藝 179
4.1 光刻工藝 179
4.1.1 LED外延片清洗 179
4.1.2 塗膠 180
4.1.3 軟烘 180
4.1.4 曝光和顯影 180
4.2 刻蝕工藝 181
4.2.1 藍寶石襯底的刻蝕 181
4.2.2 ITO材料的刻蝕 185
4.2.3 SiO2材料的沉積與刻蝕 188
4.2.4 GaN材料的刻蝕 190
4.2.5 ICP工藝參數對GaN刻蝕影響 195
4.3 薄膜澱積與退火工藝 215
4.4 藍寶石襯底背減薄和拋光工藝 218
4.4.1 工藝流程 219
4.4.2 工藝優化 220
4.5 藍寶石襯底剝離技術 222
4.5.1 激光剝離技術 222
4.5.2 化學剝離技術 223
4.5.3 機械剝離技術 225
4.5.4 複合剝離技術 226
4.6 工藝集成 227
參考文獻 232
第5章 LED芯片電流擴展特性 238
5.1 電流聚集效應 238
5.1.1 電流擴展路徑 238
5.1.2 電流擴展模型 240
5.1.3 電流聚集效應對LED芯片光提取效率的影響 243
5.2 電-熱耦合仿真模型 248
5.2.1 LED芯片有源區一維特性 248
5.2.2 LED芯片三維電流擴展特性 250
5.2.3 LED芯片中熱的產生和傳遞 251
5.3 電流擴展仿真分析 253
5.3.1 SlimuLED軟件介紹 253
5.3.2 藍光LED芯片電流擴展仿真 253
5.3.3 紫外LED芯片電流擴展仿真 258
參考文獻 266
第6章 高效率水平結構LED芯片 269
6.1 藍寶石圖形襯底技術 269
6.2 側壁空氣間隙結構 271
6.3 側壁波浪狀微結構 275
6.4 圖形化ITO 276
6.5 電流阻擋層 287
6.6 圖形化電流阻擋層 294
6.7 低光損失電極結構 298
6.8 金屬線網格透明導電電極 301
6.9 底部反射鏡 306
參考文獻 313
第7章 倒裝結構LED芯片 319
7.1 倒裝LED芯片電極結構優化設計 319
7.1.1 倒裝LED芯片電極結構 319
7.1.2 倒裝LED芯片電流擴展仿真 320
7.2 高反射率低阻p型歐姆接觸電極 323
7.2.1 Ni/Ag 323
7.2.2 ITO/DBR 328
7.2.3 Ni/Ag和ITO/DBR對比 338
7.2.4 Ag/TiW和ITO/DBR對比 342
參考文獻 348
第8章 高壓LED芯片 352
8.1 高壓直流LED芯片 353
8.1.1 高壓直流LED工作原理 353
8.1.2 LED單胞陣列佈局方式優化設計 353
8.1.3 LED單胞間光子耦合傳播機制 356
8.2 高壓交流LED芯片 359
8.2.1 高壓交流LED工作原理 359
8.2.2 惠斯通電橋結構高壓交流LED芯片 360
8.3 高壓直流/交流LED芯片光電性能 362
參考文獻 365
第9章 LED芯片失效機理與可靠性分析 368
9.1 位錯對LED芯片可靠性的影響 368
9.2 結溫對大功率LED芯片光衰的影響 373
9.3 LED芯片正向/反向漏電流 376
9.3.1 LED芯片漏電流簡介 376
9.3.2 LED芯片正向漏電流產生機理 382
9.3.3 LED芯片反向漏電流產生機理 385
9.3.4 反向漏電流與LED可靠性 395
9.3.5 加速壽命試驗 396
9.4 p-GaN粗化與電極焊盤色差 398
參考文獻 404
第10章 新型LED器件 408
10.1 Micro-LED芯片 408
10.2 納米柱LED 413
10.3 偏振光LED 416
10.4 半極性/非極性LED 421
參考文獻 423