倒装结构发光二极管芯片研究取得新进展
——成果有望应用于汽车照明和特种照明领域
- 来源：武汉大学
- 2017/11/9 14:10:3633020
【中国安防展览网 科技动态】动力与机械学院刘胜教授团队在率倒装结构发光二极管(LED)研究领域取得新进展，研究成果在光学领域期刊Optics Express(《光学快报》)发表。
论文题为Numerical and experimental investigation of GaN-based flip-chip light-emitting diodes with highly reflective Ag/TiW and ITO/DBR Ohmic Contacts(《率氮化镓基倒装结构发光二极管芯片的数值仿真和实验研究》)，作者为动力与机械学院副教授周圣军，通讯作者为刘胜。
大功率倒装结构LED芯片在汽车大灯、舞台灯、投影仪和探照灯等以点光源、极高电流密度和光密度为特征的LED照明市场具有广阔的应用前景。倒装技术是三维封装领域的核心技术，形成具有高反射率、低阻欧姆接触的p型电极是高光效倒装结构发光二极管(LED)芯片的关键技术。由于电子束蒸镀Ag薄膜与p-GaN的粘接强度低、欧姆接触电阻高，目前学术界和工业界通过在Ag薄膜下面插入一层Ni薄膜增强粘附强度，降低欧姆接触电阻，然而由于Ni对可见光具有强烈的吸收作用，导致Ni/Ag的反射率急剧下降，从而降低了倒装结构LED芯片的发光效率。
为了解决这一困扰学术界和工业界的难题，刘胜团队采用离子束溅射仿真制备Ag膜提高Ag与p-GaN的粘附强度，在氮气氛围下600℃高温快速热退火使纯Ag薄膜与p-GaN形成低阻欧姆接触。尽管通过离子束溅射和高温热退火工艺解决了纯Ag与p-GaN的粘结强度和欧姆接触问题，然而高温退火使纯Ag薄膜发生团簇，导致Ag膜反射率下降。通过大量实验，他们发现，在Ag薄膜上溅射一层TiW薄膜可以有效抑制高温退火工艺中Ag膜发生的团簇现象，从而获得了具有高反射率、低阻欧姆接触的p型电极Ag/TiW，并成功应用于倒装结构LED芯片中。
基于大电流密度LED 芯片特种照明技术的突破，有望明显提升我国半导体照明产业的竞争力。刘胜团队基于漂移-扩散方程、载流子连续性方程和热传输理论，建立了超大电流密度的LED 芯片电-光-热-可靠性分析模型，对倒装结构LED芯片进行了优化设计，成功制备了以Ag/TiW为p型欧姆接触的高光效、大电流密度倒装LED，使芯片光输出饱和电流提高到原来的两倍。
该项研究课题得到国家自然科学基金重点项目的资助(U1501241)，研究成果有望在汽车照明和特种照明领域得到应用。