【摘 要】
:
GaN基发光二极管(Light emitting diode,LED)是能将电能直接转化为光的半导体光电器件,具有体积小、发光效率高、亮度高、显色指数高、响应迅速和节能环保等优点,在照明领域和新型显示领域具有巨大的应用价值和前景。LED芯片依据芯片结构可以分为水平结构LED芯片、倒装结构LED芯片和垂直结构LED芯片三类,其中,垂直结构LED芯片在大电流、大功率的应用场景中具有更加卓越的性能,获得
【基金项目】
:
国家重点研发计划:高亮度高对比度全彩 Micro-LED 显示关键技术研究(Grant No. 2021YFB3600200); 国家自然科学基金面上项目:面向高分辨率显示的三基色薄膜倒装Micro-LED 芯片制造与巨量转印技术研究(Grant No. 52075394); 国家“万人计划”青年拔尖人才支持计划:InGaN 基长
论文部分内容阅读
GaN基发光二极管(Light emitting diode,LED)是能将电能直接转化为光的半导体光电器件,具有体积小、发光效率高、亮度高、显色指数高、响应迅速和节能环保等优点,在照明领域和新型显示领域具有巨大的应用价值和前景。LED芯片依据芯片结构可以分为水平结构LED芯片、倒装结构LED芯片和垂直结构LED芯片三类,其中,垂直结构LED芯片在大电流、大功率的应用场景中具有更加卓越的性能,获得了学术界广泛的关注和研究。相比于水平结构LED芯片和倒装结构LED芯片,垂直结构LED芯片具有更好的散热性能、电流扩展性能和更大的发光面积。然而,在特种照明和车用照明等领域,垂直结构LED芯片的性能还需要进一步提高,尤其是光学性能方面还具备较大的提升空间。本文从GaN基大功率硅衬底垂直结构LED芯片的制造工艺出发,探究了垂直结构LED芯片的制造工艺对芯片本身光学特性的影响机制,并进一步通过光学仿真的方式,研究了垂直结构LED芯片的关键结构参数对芯片光学性能的影响规律。本文主要工作内容如下:(1)采用晶圆键合和激光剥离技术相结合的方法在4英寸硅衬底上制备出大功率垂直结构LED芯片。通过金属有机化学气相沉积设备在图形化蓝宝石衬底上生长GaN基LED外延层。采用离子束溅射在p-GaN表面直接溅射Ag薄膜,然后溅射一层Ti W合金层,制备基于Ag/Ti W金属堆栈层的高反射率低阻p型欧姆接触电极。然后通过Au-In共晶键合和激光剥离技术将LED外延层从蓝宝石衬底转移至硅衬底上,最后使用湿法腐蚀对暴露出的n-GaN的N极性面进行表面粗化,制备出高效率大功率硅衬底垂直结构LED芯片。(2)揭示了衬底转移过程中外延层的应力变化对垂直结构LED芯片光学特性的影响机制。在蓝宝石衬底上生长的LED外延层中具有较大的面内压应力,导致In GaN量子阱层形成压电极化电场,引发量子限制斯塔克效应。实验和仿真结果表明,LED外延层从蓝宝石衬底转移至硅衬底后,LED外延层的面内压应力减小,In GaN量子阱层中的压电极化电场减弱,能带倾斜减小,电子空穴波函数重叠区域增加,峰值波长产生蓝移,辐射复合效率升高,从而有效抑制了量子限制斯塔克效应。(3)研究了激光剥离技术和湿法腐蚀工艺在n-GaN表面形成的复合微结构对垂直结构LED芯片光提取效率的影响。激光剥离图形化蓝宝石衬底后,会在n-GaN表面形成微米尺寸的半球形凹坑结构,KOH溶液湿法腐蚀n-GaN的N极性面会在表面形成纳米尺寸的锥形结构,从而形成复合微结构。实验和仿真结果表明,微米凹坑侧壁可以减小部分大角度光线的入射角,而纳米锥形结构对入射光具有强烈的散射作用,从而导致n-GaN表面具有复合微结构的垂直结构LED芯片的光提取效率得到明显升高。在350 m A的注入电流下,n-GaN表面具有复合微结构的垂直结构LED芯片的光输出功率达到468.9 m W,相比n-GaN表面具有单一微米尺寸微结构的垂直结构LED芯片进一步提高了11.4%。(4)揭示了p-GaN层厚度对垂直结构LED芯片的光提取效率和辐射复合速率的影响规律。垂直结构LED芯片中,有源层向顶部发射的光和底部反射镜的反射光之间会产生干涉效应,干涉模式主要由p-GaN层厚度决定。因此p-GaN层厚度的变化会影响垂直结构LED芯片内的光强分布和有源区的光局域态密度,进而对其光提取效率和辐射复合速率产生影响。仿真结果表明,随着p-GaN层厚度的变化,具有平滑表面的垂直结构LED芯片的光提取效率和辐射复合速率均呈现出明显的周期性振荡的变化规律,且振荡周期与光波在GaN材料中的1/2波长接近。垂直结构LED芯片的光提取效率与辐射复合速率的极值点位置接近,因此,通过对p-GaN层厚度进行优化,可以使垂直结构LED芯片的光提取效率和内量子效率同时得到提高。进一步仿真分析了p-GaN层厚度对具有表面微结构(包括微米尺度凹坑结构、微米尺度凸起结构、波长尺度纳米锥形结构和亚波长尺度纳米柱形结构)的垂直结构LED芯片的光提取效率和辐射复合速率的影响规律。不同表面微结构的垂直结构LED芯片的光提取效率和辐射复合速率随p-GaN层厚度变化的规律呈现出不同程度的变化,但都表现出周期性振荡现象。
其他文献
装饰绘画是集装饰元素与视觉感受于一体的绘画艺术,发展至今,深受人们喜爱,一幅优秀的装饰绘画,视觉空间往往可以决定画面内容以及视觉效果。在《认知和现实》中乌尔里克·奈尔塞曾说过观赏者能看见什么,取决于他如何分配注意力,也就是说,取决于他的预期和他的直觉探测。在装饰绘画高速发展的今天,在强调装饰绘画装饰感丰富效果的同时,有必要对装饰绘画的视觉空间进行设计和重新排列,使装饰绘画的节奏感和纵深感更加强烈,
屏幕时代人们被微博、抖音、微信等各种碎片化信息充斥,生活变成了一段段信息碎片式的快速享乐,信息时代习惯于将复杂的内容简单化,让人们很容易接受信息,但过程中缺乏思考导致注意力匮乏、难以形成记忆、心态焦虑等各种问题。当代年轻人沉迷于这种碎片化的信息输入,也越来越离不开这种生活状态,面对这样的现状,及时引起当代年轻人对碎片化信息的表层欢笑下掩盖的深层危机的思考。本篇论文论述了以信息碎片化为主题的文创设计
针对母婴行业发展现状,使用市场研究方法定位产品设计中的不足,从机体功能和社会需求方面发现行为运动和情感沟通的重要性。以心理学为基础,通过文献分析整理出影响依恋行为发展的主要理论,并论述行为特征对于建立母婴良好依恋关系的重要作用。以现有的产品为基础从不同行为导向类别进行分析,探究依恋行为在实践中的可行性和兼顾性,并提炼设计要点,通过深化研究,结合依恋行为特征的关键概念及特性形成设计策略,实施设计方案
在中国民俗及文学意识中,鸳鸯是老少皆知的用来象征夫妻和谐美满、忠贞不渝的爱情,有所谓“只羡鸳鸯不羡仙”的谚语。而在中国传统纹样中,以鸳鸯为素材,用来寓意忠贞爱情和美满婚姻的吉祥纹样众多。伴随着传统吉祥纹样在日常生活环境中应用的愈来愈多,近几年婚庆市场上中式元素的丰富程度也在呈现上升趋势,并且中式婚礼成为婚礼形式中的一大热点。目前婚庆行业的主力军是“95后”“00后”这一社会群体,在人们潜意识里,秩
“一五”时期是新中国早期工业化的记忆,随着国家对工业建筑遗产文化关注,工业建筑遗存更新与保护迎来新发展新契机。作为东北工业省会城市之一的哈尔滨,其丰富多样的工业建筑遗产具有时代印证和历史价值,也是展现“一五”时期工业建筑发展和城市建筑风貌艺术审美特征,所以要对这些建筑进行研究和保护。本文通过对“一五”时期中国苏式建筑背景和来源做出梳理,研究和分析哈尔滨苏式建筑,对其背景、实地现状调研和分布情况进行
当今社会快速发展,沉重的社会压力、高速的生活节奏,促使人们情绪心理问题发生率居高不下。情绪是个体基本属性,因个体对现实事物的投射而产生,人有七情,为喜、怒、忧、思、悲、恐、惊;其不可触、不可探寻,没有具体的形态;因而,寻找一种合适、有辨识度、有趣的情绪视觉化表现有着一定的社会必要性。现今,情绪视觉化表现的方式多以情绪转换为具体事件进行表现为主,忽视图形、色彩、空间等基础元素对情绪的直观呈现。视错觉
20世纪末,抚顺随着“保城限采”政策实施,胜利矿、龙凤矿等历史悠久的矿厂逐渐减产至厂区闲置。导致具有历史背景城市的现代化建设与遗产保护间的矛盾日益显著。城市历史景观理论在继承一系列遗产保护理论的基础上,提出新的遗产保护理论,为煤矿工业遗产保护提供新的可能性,为解决城市遗产保护问题开辟新的路径。本文在实地调研、类比归纳和文献资料整理的研究方法下,为抚顺煤矿工业遗产保护的现存问题引入城市历史景观理论。
大连是著名的旅游城市,三面环海,拥有东北地区最长的海岸线,海洋渔业兴旺发达也带动了旅游业发展,美味可口的休闲海产品成为大连的城市地方特产,格外获得游客的喜爱,但本土海产品的外包装设计存在一些问题,比如:包装材料较为廉价,包装缺乏地域特色,使消费者没有购买欲望,同质化现象严重,没有形成品牌个性化与差异化,市场上呈现出一种“有共性的休闲海洋食品,却无个性的品牌”的局面。海产品行业作为大连旅游经济中的重
在我国城市空间发展过程中,边界空间极其普遍且容易被忽视,看似客观存在的物质元素,实则表现了社会发展的抽象性,反应出当代城市公共空间所蕴含的诸多问题。城市感知作为主观现实存在的关键性因素,为物质环境和心里感知建立了联系,关注人在一段时间内所形成的意识与行为,强调空间的公共性体验。本文以城市感知视角下边界空间设计为研究目的,以寿县古城墙区域边界为研究对象。首先,梳理国内外研究现状,解读城市感知与边界的
魔幻现实主义产生于拉丁美洲,有着深刻的社会历史背景。对文学界的影响最深远。而受时代、文化环境、社会背景等诸多因素的影响,“魔幻现实主义”逐渐退热。但“魔幻现实”作为一种趣味却延续至今。随着城市化的发展及5G时代到来,当代语境下的“艺术”也悄然转变,从过去较为保守、单调的表现方式,转向了以绘画、影像动画、公共雕塑等多种维度的艺术表现方式。“魔幻现实因素”以不同形式和题材出现在各种艺术创作中。而网络飞