GaN系列藍綠光LED

GaN系列藍綠光LED
    氮化鎵基LED發展追溯于1969年，Maruska和Tietjen成功制備出GaN單晶薄膜。1971年，第一只GaN LED已經問世，由于當時不能進行GaN p型摻雜，只能采用MIS結構。1986年，H.Amano等人采用金屬有機物化學氣相淀積（MOCVD）和AlN緩沖層，使生長的GaN薄膜的質量顯著提高。現在，采用AlN或GaN作為緩沖層己成為Ⅲ－Ⅴ材料生長的基本方法。同90年代以來，由于緩沖層技術的采用和P型摻雜技術的突破，對GaN基LED的研究熱潮在全世界蓬勃發展起來。1991年，Nichia 公司的Nakamura等人成功地研制出摻Mg的同質結GaN藍光LED；同年，Akasaki等將補償的摻Mg的GaN轉變為P型材料，并第一次制造出了p-n結藍色LED。P型GaN的研制成功，為研究III族氮化物半導體器件，尤其是光電子器件鋪平了道路，使制備藍光、藍綠光或藍紫光發光二極管（LED）成為可能。由于InGaN的禁帶寬度隨In分子比例的改變 ，可在0.7～3.4eV之間變動，因此是LED有源層的極佳材料。于是在1992年末，由NaKamura等人研制出第一只p-GaN/n-InGaN/n-GaN雙異質結藍色LED。1995年，Nichia公司推出光輸出功率2mW，亮度6cd的商品化雙異質結GaN綠光LED。
        GaN基LED 外延片的基本結構是在藍寶石襯底上依次生長：①GaN成核層；②n型GaN（實際生產中一般先長一層非故意摻雜的n型GaN）；③InGaN/GaN多量子阱發光層；④P型GaN。為了獲得高性能的器件，整個外延生長過程的各項參數都要得到優化并且精確控制，其中對發光效率影響最大的結構是InGaN/GaN多量子阱發光層。
    外延片決定了LED芯片的質量，要得到品質好的LED芯片，就必須提高外延片的質量。藍寶石襯底上用MOCVD生長完外延層后，器件需要通過電極引線和外部電源連接才能工作，所以對于氮化鎵基LED后續電極制作工藝如圖5所示。工藝主要步驟有：蒸鍍ITO，臺階光刻，臺階刻蝕，電極金屬蒸鍍，最后是鈍化層的生長。
現已規模化的芯片電極結構主要是同側結構，制備工藝上根據表面光刻圖形，利用等離子刻蝕技術使規定區域的n區GaN裸露，在裸露的n區上制作n型接觸電極。ITO在芯片表面形成透明導電膜，一方面可以減小芯片表面電流的聚集效應，增加芯片電流的分布均勻性，減小芯片的熱效應；另一方面，可增加芯片的光提取效率，從而可以起到提升芯片的外部量子效率。芯片加工的整個過程必須嚴格要求對質量的管理，特別是對芯片表面的清洗，任何表面的污染都會降低LED未來在使用中的可靠性及壽命。
    由于顯示屏LED芯片對可靠性和一致性（封裝后）要求很高，所以在芯片的測試（全測）和分選的過程中，要求每一顆芯片都要進行反向漏電測試和抗靜電（ESD）測試。通常情況下反向漏電測試采用脈沖電壓負10伏（在LED兩個電極上加反向電壓）的情況下反向漏電流要求小于0.5微安，ESD測試則是采用500伏以上（模擬人體靜電放電模式情況下）反向漏電要求小于0.5微安，通過上述兩項測試可認為該芯片通過測試可靠性測試。而一致性的要求則是要求在分選的時候對于芯片的檔位進行細分，對于紅光LED芯片，要求波長2納米一檔，亮度30mcd一檔；綠光LED芯片，要求波長2.5納米一檔，亮度20mcd一檔；藍光LED芯片，要求波長2.5納米一檔，亮度10mcd一檔