超高反射率的Ag基欧姆接触层与p-GaN表面改性的协同研究

The preparation of Ag-based reflector is the key of GaN-based high-power LED chip manufacturing technology. Excellent mirror should be equipped with four sorts of comprehensive performances which are great adhesion force, high thermal stability, (ultra) high reflectivity and low contact resistance. The preparation of Ag-based mirror with above four characteristics is one of the urgent problems in today’s high-end LED lighting technology. This project first aims to study the collaborative relationship between Ag-based mirror containing Ni and p-GaN surface modification through the structure design of reflector, which can be explored by changing the position and thickness of Ni in the reflector structure, by regulating the surface state of p-GaN. For determinating what form of Ni in the interface and the ohmic contact formation mechanism, we try to obtain some key information, such as interface state, interface energy level and interface elements distribution which can be obtained through SIMS, XPS etc. On above basis, we propose Ni-assisted surface treatment method combined with epitaxial growth technology, to modify the surface of p-GaN, which of the aim is to acquire the pure Ag mirror. The pure Ag mirror with great adhesion force, high thermal stability, ultra high reflectivity and low contact resistance is able to avoid the reflectivity loss from Ni layer and improve the luminous efficiency of high power LED.

Ag基p面反射镜制备是GaN基大功率LED芯片制造的关键技术。优良的Ag基p面反射镜，需同时具备力、热、光、电四方面的综合性能：强附着力、高热稳定性、(超)高反射率，低接触电阻。如何制备同时具备以上四点的Ag基p面反射镜是当今高端LED照明技术中迫切需要解决的难题之一。本项目拟首先研究含Ni的Ag基反射镜与p-GaN表面之间的协同关系，通过设计反射镜的结构，改变Ni的位置及厚度，调控p-GaN的表面状态；通过SIMS、XPS等测试手段获得界面态、界面能级、界面元素分布等关键信息，以确定Ni在界面以何种形式存在及其对欧姆接触形成的作用机理。在此基础上提出“牺牲Ni处理”芯片工艺方法并与外延生长技术相结合，对p-GaN进行表面改性，最终实现具有良好附着力、高热稳定性、低接触电阻及超高反射率的纯Ag反射镜，避免常规含Ni的Ag基反射镜中Ni对Ag反射率的影响，从而提高大功率LED芯片的发光效率。

如何制备具备强附着力、高热稳定性、(超)高反射率，低接触电阻的Ag基p面反射镜是高端LED照明技术中需要解决的难题之一，是制备GaN基大功率LED芯片制造的关键技术。本项目通过研究含Ni的Ag基反射镜的力(附着力)、热(热稳定性)、光(反射率)、电(接触电阻率)性能及其与p-GaN表面之间的协同关系，提出“牺牲Ni处理”芯片工艺方法并与外延生长技术相结合，对p-GaN进行表面改性，最终实现具有良好附着力、高热稳定性、低接触电阻及超高反射率的纯Ag反射镜。该项目研究清楚了含Ni的Ag基反射镜中Ni对欧姆接触及反射率的影响,Ag/p-GaN界面少量的Ni，以Ni2O3的形式存在，Ni的存在会明显降低Ag/p-GaN的接触电阻，牺牲Ni处理后p-GaN表面Ga 2p3结合能峰位朝低能方向移动了0.3 eV，进而提高了Ag/p-GaN间的欧姆接触性能。上述现象的作用机理是：界面处的Ni会优先和p-GaN表面Ga2O3氧化物中的O结合形成Ni2O3，进而降低了p-GaN表面费米能级，提高了Ag/p-GaN的接触性能。本项目基于上述Ag基反射镜的研究基础上，在高光效黄光、绿光LED芯片制造技术方面开展了拓展研究，在LED芯片结构及工艺方法上取得了一系列的发明创新。其中，高光效的黄光LED、绿光LED及金黄光LED光源取得了“国际领先”的鉴定成果，受到蓝光LED的发明人，诺贝尔奖获得者中村修二教授的高度称赞 “硅基黄光LED的技术水平国际领先，这是中国人的一项非常大的发明，它有非常大的价值。” 经中国照明学会鉴定，项目课题研究相关的三项硅基LED照明技术系列新成果获“国际领先”水平，并在成果转化及产业化应用中取得了较好的经济效益。