zno材料的制備和gan基led器件的分析

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1、摘要ZnO和GaN同為寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有相近的晶格特性和光電性能。本文分兩部分分別對(duì)zIlO和GaN材料(或器件)作了相關(guān)研究。第一部分ZnO作為一種新型功能材料，具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性。由于具有60IneV激子束縛能以及很強(qiáng)的紫外受激輻射，ZnO在短波長發(fā)光器件方面如LEDs、LDs具有很大的發(fā)展?jié)摿?。此外，znO在可見光區(qū)域具有很高的光透過率，通過摻雜可使ZnO薄膜的電阻率降低到10。4Q．m以下，因此摻雜ZnO薄膜的高透光率和低電阻特性使其成為一種優(yōu)異的電

2、極材料。本文采用溶膠．凝膠(S0l—薩1)法制備了ZnO薄膜和稀土元素釔(Ⅵ摻雜ZnO薄膜，對(duì)其工藝和性能進(jìn)行了研究，得到了以下一些有意義的結(jié)果：1、通過溶膠．凝膠工藝參數(shù)的研究，摸索出最佳工藝，制備出具有c軸擇優(yōu)取向生長的zllO薄膜。最佳工藝條件為：48h的陳化時(shí)間、300℃的預(yù)熱處理溫度和500℃的退火溫度。本文ZnO薄膜在可見光范圍()p390nm)平均透光率超過85％，由Tauc作圖法計(jì)算出ZnO薄膜的禁帶寬度為3．26eV。在ZnO薄膜的光致發(fā)光譜中，我們觀察到了紫光、藍(lán)光、綠光和黃

3、光。紫光認(rèn)為是導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的直接輻射復(fù)合發(fā)光，而藍(lán)光、綠光和黃光認(rèn)為是材料中本征缺陷能級(jí)或雜質(zhì)缺陷能級(jí)等局域能級(jí)引起的發(fā)光。2、Y摻雜znO薄膜，由于Y和Zn的離子半徑有差異，當(dāng)Y替代Zn進(jìn)入ZnO晶格中時(shí)，會(huì)引起晶格畸變，而導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生，從而使ZnO薄膜的結(jié)晶性能變差，ZnO晶粒細(xì)化，由(o002)晶面的擇優(yōu)取向生長轉(zhuǎn)交為均向生長。結(jié)晶質(zhì)量的下降和缺陷的增加也使得Y摻雜ZnO薄膜的透光性能變差。3、Y摻雜Z110薄膜的電阻率存在兩種相互競爭的機(jī)制，即由P多余一個(gè)電子而引起的載流子濃度的增大

4、，和由Y替代Zn產(chǎn)生大量缺陷而導(dǎo)致載流子遷移率的減小，Y摻雜濃度在0．5~1刪之間時(shí)，ZllO薄膜的電阻率最小，為30Q．m。第二部分依靠以G削基LED為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體固態(tài)照明要替代傳統(tǒng)照明光源，在目前看來仍有兩個(gè)難題需要解決：一個(gè)是成本問題，另一個(gè)是亮度問題。目前商品化的GaN基LED器件主要是在藍(lán)寶石襯底、SiC襯底、si襯底等三種異質(zhì)襯底上采用MOC、，D方法外延生長的。行業(yè)對(duì)LED高亮度的要求，使得目前三種襯底技術(shù)都需要做成垂直結(jié)構(gòu)器件。本文結(jié)合Si襯底GaN外延技術(shù)的成本優(yōu)勢和金摘要屬基

5、板具有良好的散熱性能，采用電鍍技術(shù)制備出金屬基板大功率GaN基LED，對(duì)其性能進(jìn)行了研究，得到了以下一些有意義的研究結(jié)果：l、本文制備的電鍍金屬基板中的電鍍金屬均表現(xiàn)出擇優(yōu)取向生長，Pt電極金屬層、Au金屬保護(hù)層和Cu電鍍層均以(111)晶面擇優(yōu)取向生長，而Cr電鍍層則以C“110)晶面為擇優(yōu)取向生長面。2、電鍍金屬基板轉(zhuǎn)移可以使Si(1l1)面生長的GaN基LED外延薄膜刀型GaN層受到的張應(yīng)力減小，甚至轉(zhuǎn)為壓應(yīng)力，從而使InQIN阱層受到的壓應(yīng)力變得更大；而后續(xù)處理和芯片制作工藝可以使GaN

6、基LED外延薄膜受到的壓應(yīng)力減小到接近無應(yīng)力狀態(tài)，InG烈阱層受到的壓應(yīng)力也隨之減小，由壓應(yīng)力引起的量子限制Stark效應(yīng)也減弱。3、本文制備的電鍍金屬基板大功率GaN基藍(lán)光LED的典型I．V特性為開啟電壓：2．5V@300肚，工作電壓：3．45V@350InA，反向擊穿電壓：25V@10肚；本文制備的電鍍金屬基板LED具有良好的光功率抗飽和性能和較小的波長漂移，未灌硅膠和未加透鏡的Pt電極LED芯片的光輸出功率為115mW@350n認(rèn)，相應(yīng)的Ag電極芯片為245mW@350InA。本文得到了國

7、家863課題和教育部半導(dǎo)體照明技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研究經(jīng)費(fèi)的資助。關(guān)鍵詞：zIlO；GaN；溶膠．凝膠法；釔摻雜：LEDⅡABSTRACTABSTRACTZinc0Xide(ZnO)觚d92111i啪Ilitride(GaN)，廿1e蛐ne弱淅deballdg印Semiconductorm砷erials，havesi面larcrystals饑lcture觚dphotoelectricpropenies．T11crearetv舊p硼st0ⅡlakeareleV趾tresearcht0ZnO鋤d齜GaNma

8、t耐als(ordevices)iIlt11is．也esis．TheFirStPart‘舡an0Velnmlti·觸ctionald沁ct研deb鋤dgap蚓血condu咖nlaterials，Z110l娜eXcellentopticS，electrici劬nlechallicalproperti矚chemis時(shí)s誠)ilit)，鋤dmemals協(xié)bili吼DopedZ110吐血丘lnlshavehi業(yè)慨smittanCeatvisiblelightw2lveleng出s弛dlowresisti