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等离子体表面处理对硅衬底GaN基蓝光发光二极管内置n型欧姆接触的影响

封波 邓彪 刘乐功 李增成 冯美鑫 赵汉民 孙钱

等离子体表面处理对硅衬底GaN基蓝光发光二极管内置n型欧姆接触的影响

封波, 邓彪, 刘乐功, 李增成, 冯美鑫, 赵汉民, 孙钱
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  • 硅衬底GaN基发光二极管(LED)的内置n型欧姆接触在晶圆键合时的高温过程中常常退化,严重影响LED的工作电压等器件性能.本文深入研究了内置n电极蒸镀前对n-GaN表面的等离子体处理工艺对硅衬底GaN基发光二极管n型欧姆接触特性的影响.实验结果表明,1.1 mm1.1 mm的LED芯片在350 mA电流下,n-GaN表面未做等离子体处理时,n电极为高反射率Cr/Al的芯片正向电压为3.43 V,比n电极为Cr的芯片正向电压高0.28 V.n-GaN表面经O2等离子体表面处理后,Cr/Al和Cr电极芯片的正向电压均有所降低,但Cr/Al电极芯片的正向电压仍比Cr电极芯片高0.14 V.n-GaN表面经Ar等离子体处理后,Cr/Al电极芯片正向电压降至Cr电极芯片的正向电压,均为2.92 V.利用X射线光电子能谱对Ar等离子体处理前后的n-GaN表面进行分析发现,Ar等离子体处理增加了n-GaN表面的N空位(施主)浓度,更多的N空位可以提高n型欧姆接触的热稳定性,缓解晶圆键合的高温过程对n型欧姆接触特性的破坏.同时还发现,经过Ar等离子体处理并用HCl清洗后,n-GaN表面的O原子含量略有增加,但其存在形式由以介电材料GaOx为主转变为导电材料GaOxN1-x和介电材料GaOx含量相当的状态,这会使得接触电阻进一步降低.上述两方面的变化均有利于降低LED芯片的正向电压.
      通信作者: 孙钱, qsun2011@sinano.ac.cn
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号:2015AA03A102);国家重点研发计划(批准号:2016YFB0400104);国家自然科学基金(批准号:61534007,61404156,61522407,61604168);中国科学院前沿科学重点研究项目(批准号:QYZDB-SSW-JSC014);江苏省自然科学基金(批准号:BK20160401);中国博士后基金(批准号:2016M591944);发光学及应用国家重点实验室开放课题(批准号:SKLA-2016-01);集成光电子学国家重点联合实验室开放课题(批准号:IOSKL2016KF04,IOSKL2016KF07)和中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所自有资金(批准号:Y5AAQ51001)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-10-13
  • 修回日期:  2016-11-21
  • 刊出日期:  2017-02-20

等离子体表面处理对硅衬底GaN基蓝光发光二极管内置n型欧姆接触的影响

  • 1. 南昌大学, 国家硅基LED工程技术研究中心, 南昌 330047;
  • 2. 晶能光电(江西)有限公司, 南昌 330029;
  • 3. 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 中科院纳米器件与应用重点实验室, 苏州 215123
  • 通信作者: 孙钱, qsun2011@sinano.ac.cn
    基金项目: 

    国家高技术研究发展计划(批准号:2015AA03A102)

    国家重点研发计划(批准号:2016YFB0400104)

    国家自然科学基金(批准号:61534007,61404156,61522407,61604168)

    中国科学院前沿科学重点研究项目(批准号:QYZDB-SSW-JSC014)

    江苏省自然科学基金(批准号:BK20160401)

    中国博士后基金(批准号:2016M591944)

    发光学及应用国家重点实验室开放课题(批准号:SKLA-2016-01)

    集成光电子学国家重点联合实验室开放课题(批准号:IOSKL2016KF04,IOSKL2016KF07)和中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所自有资金(批准号:Y5AAQ51001)资助的课题.

摘要: 硅衬底GaN基发光二极管(LED)的内置n型欧姆接触在晶圆键合时的高温过程中常常退化,严重影响LED的工作电压等器件性能.本文深入研究了内置n电极蒸镀前对n-GaN表面的等离子体处理工艺对硅衬底GaN基发光二极管n型欧姆接触特性的影响.实验结果表明,1.1 mm1.1 mm的LED芯片在350 mA电流下,n-GaN表面未做等离子体处理时,n电极为高反射率Cr/Al的芯片正向电压为3.43 V,比n电极为Cr的芯片正向电压高0.28 V.n-GaN表面经O2等离子体表面处理后,Cr/Al和Cr电极芯片的正向电压均有所降低,但Cr/Al电极芯片的正向电压仍比Cr电极芯片高0.14 V.n-GaN表面经Ar等离子体处理后,Cr/Al电极芯片正向电压降至Cr电极芯片的正向电压,均为2.92 V.利用X射线光电子能谱对Ar等离子体处理前后的n-GaN表面进行分析发现,Ar等离子体处理增加了n-GaN表面的N空位(施主)浓度,更多的N空位可以提高n型欧姆接触的热稳定性,缓解晶圆键合的高温过程对n型欧姆接触特性的破坏.同时还发现,经过Ar等离子体处理并用HCl清洗后,n-GaN表面的O原子含量略有增加,但其存在形式由以介电材料GaOx为主转变为导电材料GaOxN1-x和介电材料GaOx含量相当的状态,这会使得接触电阻进一步降低.上述两方面的变化均有利于降低LED芯片的正向电压.

English Abstract

参考文献 (22)

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