书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：硅基氮化镓发光二极管的减薄缓冲层
编号：JFKJ-21-
作者：华林科纳
通过改进其铟镓氮化物硅发光二极管技术，这些结果代表了第一个使用薄缓冲层技术的普通照明级高亮度氮化镓硅发光二极管，该技术能够实现更快的外延工艺产量和降低的制造成本，而人工可行性结果证明了其作为现有蓝宝石技术的潜在替代品的可行性。此外，使用硅上氮化镓技术还可以集成双极晶体管、齐纳二极管和硅光电二极管，但生产无裂纹外延层仍具有挑战性。
相比之下，生长在蓝宝石上的氮化镓缓冲层具有更小–34%的不匹配，在冷却时压缩表层，这也有利于抑制开裂。研究人员报告说:“器件加工是在晶圆厂进行的，而晶圆厂曾经是一条贬值的互补金属氧化物半导体生产线。该设施允许使用诸如盒对盒晶片处理和半自动步进光刻等系统，这大大提高了工艺产量。”光刻步进工具等自动化处理设备的全面实施需要控制晶片弯曲。
发光二极管外延材料(图1)生长在毫米的硅()晶片上，使用~°C金属有机化学气相沉积(MOCVD)，基底厚1毫米，氮化铝成核层和分级铝镓氮化物缓冲层分别为纳米和纳米，无意掺杂的氮化镓(i-GaN)缓冲层由缓慢生长的纳米层，用于从高缺陷AlGaN中恢复结晶度，以及氮化硅中间层，用于随后的i-GaN薄层的过度生长。
图1(一)发光二极管外延结构示意图，(二)扫描电子显微镜截面图，(三)器件布局。在EBL生长期间使用氮气氛改善了镁掺杂剂的掺入。原子力显微镜(AFM)分析给出了优化结构上5x/cm2的移动密度。发现在SPSL和MQW的氮化镓层生长过程中引入部分氢环境会降低钒坑密度和直径，晶片弯曲减小到10米以下，p电极由薄镍触点和银基反射镜组成，钛/铝氮接触是在氮化镓层的镓面上进行的，为了改善电流扩散，在n电极正上方形成了一个额外的更厚的钛/铝电极，并通过一系列小通孔连接在一起，然后将晶片结合到硅处理晶片上，以允许使用化学机械抛光和湿法蚀刻去除生长衬底。
用等离子体蚀刻去除氮化铝和氮化铝镓层，氢氧化钾用于粗糙化暴露的n-GaN表面，改善光提取，光二极管晶片最终被分割成1毫米x1毫米的薄膜芯片，并安装在3.5毫米x3.5毫米的塑料封装()中。
图2裸芯片和圆顶透镜封装芯片的光输出功率和壁塞效率是注入电流的函数
在毫安注入和3.05伏正向电势下，裸芯片的光输出功率为毫瓦(图2)。主波长为纳米。用硅树脂圆顶透镜封装后，LOP可以增加到毫瓦，代表35A/cm2时，壁塞效率为52.7%。将注入电流密度降低到10A/cm2会将效率提高到64%。作为最先进的对比，研究人员引用了欧司朗的设备，这些设备在蓝宝石上生产，具有相似的配置，可以实现–MW的LOP。冷热因子——90摄氏度/20摄氏度时的性能比——为0.94。与蓝宝石上的一级器件相当。片晶片器件的电致发光波长标准偏差为2纳米，平均波长为纳米。
从统计上看，这意味着80%和95%的芯片分别在5纳米和8纳米的结合范围内。这是一个重大的结果，因为发光二极管芯片宁滨和分拣是一个主要的成本和吞吐量开销，这项技术为减少宁滨和提高制造产量铺平了道路。95%的器件的5V反向偏置泄漏小于0.1A,这表明器件可靠性得到了提高。