面向与IC工艺兼容的Si(100)衬底高亮度3D发光器件研究

基本信息
批准号:51472229
项目类别:面上项目
资助金额:83.00
负责人:袁国栋
学科分类:
依托单位:中国科学院半导体研究所
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李晋闽,郭恩卿,黄章立,符佳佳,郭亚楠,吴瑞伟,王克超
关键词:
氮化物发光二极管白光LED发光材料倒金字塔硅衬底
结项摘要

IC fabrication technology compatibility is a promising route for LED cost reduction in future. Silicon substrate has been demonstrated to be a promising candidate in light of its high thermal and electrical conductivity, large wafer size and cost-effectiveness. However, due to the large lattice and thermal mismatch, hetero-epitaxial of group III-nitride on silicon usually results in high high-density of defects, residual strain and cracks. This project is based on our previously developed works of periodic inverted pyramids (IP) silicon substrate with TMAH etching with size or more than 100 micro meters. On 20basis of our previously reported fabrication of large wafer size patterned IP silicon, we aim to focus on the IP silicon as the substrate for III-nitrides compound materials epitaxial and LEDs devices fabrication. By using the unflat IP silicon surface with (111) plane as the nucleation sites and epitaxial substrate, the residual strain introduced in epitaxial layer and substrate is expected to be alleviated effectively while the buffer layer is deposited, giving rise to a reduced defects density and cracks in the epitaxial layer. With the technique of IP silicon substrate and alleviation of lattice and thermal mismatch induced strain, we will fabricate low-defects and high quality group III-nitride buffer and epitaxial layer. We will systematically investigate the correlations between nucleation, micron-scale silicon size and distribution, growth mode, mechanism, morphology, defects and crystalline quality. Based on the high quality epitaxial-layer on this novel IP silicon substrate, we will try to design and fabricate the LED devices with large power output, high brightness, low cost and high reliability, and finally, we will realize white color LEDs devices with wafer scale packaging.

与成熟的半导体集成电路(IC)制造工艺相兼容及结合是未来LED成本大幅下降的必然选择。国际上高性能硅基氮化物器件绝大多数采用Si(111)平面衬底及复杂的多步缓冲层工艺,以解决大失配体系外延层中的应力应变及开裂问题。本项目拟面向未来LED与微电子工业相结合大幅降低成本及光电子/微电子集成应用,采用Si(100)衬底,利用化学腐蚀形成Si(111)非平面周期倒金字塔图形衬底,突破现有平面Si(111)衬底技术及性能瓶颈,有效缓解应力,实现优质全组分氮化物材料可控生长;系统研究III 族氮化物材料在百微米量级倒金字塔硅衬底表面生长、极性、缺陷以及晶体质量之间的作用和调控规律,重点关注倒金字塔硅/氮化物表/界面物理特性及能带调控;实现高亮度广角出射垂直结构3D发光器件及低成本晶圆级封装,为氮化物LED器件工艺走向与成熟微电子工艺兼容及成本大幅降低提供技术支撑。

项目摘要

硅基LED技术是半导体照明领域重要技术路线,具有大尺寸、成本低及与硅基IC兼容等多项优点,特别是能与成熟的硅基微电子行业实现集成,可以借助8寸及12寸微电子工艺,实现硅微电子与氮化物光电子/微电子器件的强强联手。目前基于平面Si(111)衬底的氮化物LED,已经实现产业化,但是Si(111)衬底并不是CMOS工艺的主流晶面,要想实现真正意义上的兼容及集成,需要利用CMOS工艺的Si(100)衬底进行氮化物材料的生长及器件制备;本项目立足于Si(100)图形化衬底的可控制备,利用图形化之后裸露出来的Si(111)晶面进行氮化物材料生长,通过控制生长工艺,实现极性及半极性量子阱结构可控制备,实现极性及半极性量子阱结构同时外延的混合光谱LED结构,实现了(1-101)半极性LED量子阱结构,生长出高In组分的量子结构,实现了半极性蓝、绿光、黄光LED电注入发光,有望在氮化物黄橙光LED芯片研究领域实现产业化,对硅基微电子与氮化物光电子微电子实现集成有深远的影响。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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