论文部分内容阅读
在第三代半导体材料中,宽禁带半导体氮化镓(GaN)具有许多优异性能,以其制备的蓝光GaN基半导体激光器(Laser Diode,LD)具有较高的内外量子效率与优异的光电特性。近年来,蓝光GaN基LD在数据存储、激光显示与激光照明等领域有着越来越广泛的应用,逐渐成为半导体激光器领域的研究热点。随着蓝光GaN基LD在多领域应用中的需求增长及市场的逐渐成熟,可靠性问题已成为限制其发展的最主要因素。对蓝光GaN基LD的可靠性研究是一个复杂而艰巨的过程,对实验仪器与环境均有着十分严苛的要求,因此,目前国内外对影响蓝光GaN基LD可靠性的详细机理还没有成熟的定论。目前对影响蓝光GaN基LD可靠性因素的认识主要集中在有源区点缺陷与位错的增殖及扩散、腔面的退化损伤及欧姆接触的退化等理论方面,这些变化均会导致LD光电特性的恶化,以导致最终的失效。本课题以理论与实验相结合的手段对蓝光GaN基LD的可靠性进行了更为详尽的研究,具体研究工作概述如下:1.对蓝光GaN基LD的发展与应用进行了调研,发现目前阻碍其发展的最主要的因素为可靠性无法达到实际应用的需求,并进一步对蓝光GaN基LD可靠性研究的国内外的现状进行深度调研。2.对蓝光GaN基LD的工作原理、外延生长与芯片制造工艺进行详细阐述,深刻探讨蓝光GaN基LD的退化机理及诱导退化发生的应力条件,并分析对可靠性的具体影响,另外再对蓝光GaN基LD的失效模式及过应力条件下的加速老化进行分析。3.对蓝光GaN基LD的外延片进行测试分析,以确定外延质量及其可能对蓝光GaN基LD光电性能造成的影响,并且在芯片制造完成后,为进一步了解蓝光GaN基LD的外延状况与芯片特征而对其外观形貌与体内材料进行微区检测分析,然后再对蓝光GaN基LD的光电特性进行测试以获得其老化前的各项特征参数。4.对蓝光GaN基LD进行老化,观察大电流应力下的寿命,分析其老化过程中的功率衰减情况,并对老化后的蓝光GaN基LD再次进行光电特性测试,以确定老化过程中连续应力对其造成的具体退化,并根据各种退化特征分析退化的根本原因。最后对老化后的蓝光GaN基LD的体变化进行检测分析,以进一步确定老化过程中前腔面退化损伤、漏电流增加、有源区In团簇聚集现象、脊形区烧毁及穿透位错的增殖等造成的漏电流及损耗的增加、载流子注入效率减小及有源区折射率减小等情况与可靠性降低之间的关系。