藍寶石圖形襯底制備與GaN基發(fā)光二極管的γ輻照效應研究.pdf

1、盡管LED作為第四代固體發(fā)光源將在照明領域得到廣泛的使用，但要提高器件的發(fā)光效率需要科技工作者在材料和工藝上作更多的改進。同時，由于LED在航空、航天、核電、軍用等輻射環(huán)境的運用，非常必要對LED的輻射效應研究。
　　 本文基于以上原因，主要開展了如下兩方面的研究工作：
　　 第一部分給出了圖形襯底的制備過程，并得到了圖形襯底的樣品。目前，為提高LED的發(fā)光效率，在提高內部量子效率和外部量子效率方面人們作出了各種努力。非

2、常有效的方法有圖形襯底技術，它既可提高LED的內部量子效率還可提高其外部量子效率。因為圖形襯底一方面可降低外延生長中的壘晶缺陷從而提高內部量子效率，另一方面圖形化的襯底可有效改善界面的全反射使光的提取效率提高。本文中采用的圖形襯底技術是利用lift-off工藝制作金屬圖形掩膜層，然后用干法刻蝕將圖形轉移到藍寶石襯底上，最終實現(xiàn)圖形化的藍寶石襯底。該工藝制備得到的PSS圖形均勻一致性好，工藝的重復性較好，在PSS圖形襯底上進行外延生長得到

3、的外延片，其光學性能與傳統(tǒng)平板襯底(CSS)生長的外延片相比有明顯的提高。
　　 第二部分，利用60Co的γ射線我們研究了LED的輻照效應。為研究器件的輻照性能，首先選擇多量子阱GaN基環(huán)氧樹脂封裝的傳統(tǒng)藍光與白光LED和TO(Transistor Out-line)封裝的藍光LED三種不同樣品，然后對三種樣品用4萬居里的60Co源(劑量率2×105 rad(Si)/h)進行五種劑量的γ射線的輻照實驗。通過輻照前后藍光LED的波

4、長、色純度，最大半峰寬(FWHM)和電流-電壓(I-V)、電流-光通量(I-F)等電光學特性分析，得到γ射線對GaN基LED器件的輻照效應。通過對不同輻照劑量下的性能變化比較，討論了輻射環(huán)境對環(huán)氧樹脂封裝材料光學退化的影響。研究得到γ輻射后環(huán)氧封裝GaN基藍光LED和白光LED與TO封裝的藍光芯片的光學性能均有不同程度衰減，但環(huán)氧封裝的LED的衰減由環(huán)氧樹脂輻照退化和芯片內部輻照退化共同作用所致，輻照后的環(huán)氧樹脂透射率在短波區(qū)明顯降低。

5、TO封裝的光學退化主要源于輻照引起的電離化效應。在20 mA工作電流下，最大劑量下器件發(fā)光強度衰減近90％，光通量衰減約40％，并得到器件的抗輻照能力的參數(shù)τ0Kγ為4.039×10-7rads-1。同時得到LEDγ輻照后的電學效應主要集中在反向I-V及較低的正向偏壓條件下，輻照誘生界面態(tài)使漏電流增大，反向擊穿電壓則相反；研究發(fā)現(xiàn)對正向I-V特性，環(huán)氧封裝的LED在較低正向電壓小于＜2.6V和TO封裝在正向電壓小于2.55V時，對應該區(qū)