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倒裝結構發(fā)光二極管芯片研究取得新進展

——成果有望應用于汽車照明和特種照明領域

2017年11月09日 14:10:36來源：武漢大學點擊量：33234

導讀動力與機械學院劉勝教授團隊在率倒裝結構發(fā)光二極管(LED)研究領域取得新進展，研究成果在光學領域期刊Optics Express(《光學快報》)發(fā)表。

　　【中國安防展覽網(wǎng) 科技動態(tài)】動力與機械學院劉勝教授團隊在率倒裝結構發(fā)光二極管(LED)研究領域取得新進展，研究成果在光學領域期刊Optics Express(《光學快報》)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(《率氮化鎵基倒裝結構發(fā)光二極管芯片的數(shù)值仿真和實驗研究》)，作者為動力與機械學院副教授周圣軍，通訊作者為劉勝。

　　大功率倒裝結構LED芯片在汽車大燈、舞臺燈、投影儀和探照燈等以點光源、極高電流密度和光密度為特征的LED照明市場具有廣闊的應用前景。倒裝技術是三維封裝領域的核心技術，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構發(fā)光二極管(LED)芯片的關鍵技術。由于電子束蒸鍍Ag薄膜與p-GaN的粘接強度低、歐姆接觸電阻高，目前學術界和工業(yè)界通過在Ag薄膜下面插入一層Ni薄膜增強粘附強度，降低歐姆接觸電阻，然而由于Ni對可見光具有強烈的吸收作用，導致Ni/Ag的反射率急劇下降，從而降低了倒裝結構LED芯片的發(fā)光效率。

　　為了解決這一困擾學術界和工業(yè)界的難題，劉勝團隊采用離子束濺射仿真制備Ag膜提高Ag與p-GaN的粘附強度，在氮氣氛圍下600℃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熱退火工藝解決了純Ag與p-GaN的粘結強度和歐姆接觸問題，然而高溫退火使純Ag薄膜發(fā)生團簇，導致Ag膜反射率下降。通過大量實驗，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，并成功應用于倒裝結構LED芯片中。

　　基于大電流密度LED 芯片特種照明技術的突破，有望明顯提升我國半導體照明產(chǎn)業(yè)的競爭力。劉勝團隊基于漂移-擴散方程、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，對倒裝結構LED芯片進行了優(yōu)化設計，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。

　　該項研究課題得到國家自然科學基金重點項目的資助(U1501241)，研究成果有望在汽車照明和特種照明領域得到應用。

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