倒装结构发光二极管芯片研究取得新进展
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。
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