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GaN基垂直结构LED键合工艺、氮面处理和出光结构研究
随着LED行业的发展，GaN基悬挂式垂直结构的LED（VerticalLED，VLED）因其高亮度、高均匀性和高可靠性等优越性逐渐成为研究的热点。然而，GaN材料如何实现悬挂式的键合，如何制备出高质量的氮面处理和出光结构的控制等问题也成为了研究的难点。本文将从GaN基VLED的键合工艺、氮面处理和出光结构三个方面进行阐述和分析。
一、GaN基VLED的键合工艺
GaN基VLED悬挂式键合技术是制备高性能LED的关键环节之一。悬挂式键合工艺可实现把结构元件从Si基片转移到陶瓷基底金属片上，使材料接触面积最小化，从而提高了光提取效率。目前，常用的GaN基VLED键合工艺有射流法、晶圆倒置键合法和阵列基底键合法等。
射流法是采用氮化铝（AlN）基底的键合技术，是一种常用的VLED键合工艺。该技术主要原理是利用高速气流使GaN芯片浮起，然后用固态金属键合在AlN基底上。实验表明，射流法可制备出高质量、低缺陷的GaN基VLED元件。多位学者在射流法键合时，还采用了先将GaN芯片在AlN基片或4H-SiC基片上预键合，再做悬挂式的键合，同时利用气氛和温度的控制，提高键合质量和稳定性。
晶圆倒置键合法是将GaN芯片翻转90°，使之与AlN基片连成“T”字型结构再键合。该方法界面接触面可达100%，使内部电流通过距离LED外部非常近的位置，从而实现高效的光提取。在这种键合方式中，界面质量是非常重要的，否则可能导致不良的电性和发光特性。
阵列基底键合法是一种GaN芯片在低温（约180℃）条件下与金属线键合，在加热过程中通过扩散过程形成的键合技术。该技术的优势是在键合芯片之间有1-2um的间隔，形成有效的荧光提取区域。同时，该技术的金属线键合技术可完全满足VLED键合的需求，达到了良好的键合效果。
二、GaN材料的氮面处理
GaN材料的表面受到氧化和其他污染物的影响，会导致能带发生能量异常，从而影响发光特性。因此，对GaN材料表面进行氮面处理以改善材料品质是十分必要的。
当GaNCMP处理后，经过氨处理后，可以得到具有亚微米表面粗糙度的氮面处理表面。通过比较Comet和输出特征，氨处理的GaN样品在某些测试区域内显示出比未氮处理的GaN样品更好的荧光均匀性和更强的输出能力。
同时，还有一种常用的GaN材料氮面处理技术是通过在熔融时加入残余NF3气体，使GaN获得N保护。其优点是可以改善GaN材料表面品质，减少缺陷密度和提高晶体质量。通过前处理方式，可以在相同气相杂质浓度的条件下，获得较好的电学和光学性质。
三、GaN基VLED的出光结构
GaN基VLED出光结构的控制是影响器件发光效率的关键因素之一。提高GaN基VLED的荧光提取效率、光输出功率和颜色的均匀性，是提高GaN基VLED的重要的研究方向。
通过表面纳米花生改善GaN基VLED荧光提取效率是一种常用的方法。纳米花状结构可以提高表面积并增加光吸收，从而提高光提取效率。通过对纳米花状结构表面的改善，可以在保持良好的荧光均匀性同时提高光输出功率和荧光提取效率。
另外，增加光提取效率还需要通过设计和改善电极结构实现。文献报道采用双边接点方法提高了GaN基VLED的出光率。该方法的优势在于提高光提取效率，同时还能有效地减少串接电阻、防止二次荧光和灭火的影响，从而提高其光输出功率和稳定性。
综合来看，GaN基VLED键合技术、氮面处理和出光结构的控制是提高LED光电转换效率的重要研究方向。研究人员应该通过合理的工艺控制和充分利用材料及器件的优势，不断优化器件性能和光发射效率，为GaN基VLED的应用和推广提供技术支撑。