1.3 關鍵技術及創新性

　　用Si作GaN發光二極管襯底，雖然使LED的制造成本大大降低，也解決了專利壟斷問題，然而與藍寶石和SiC相比，在Si襯底上生長GaN更為困難，因為這兩者之間的熱失配和晶格失配更大，Si與GaN的熱膨脹系數差別也將導致GaN膜出現龜裂，晶格常數差會在GaN外延層中造成高的位錯密度；另外Si襯底LED還可能因為Si與GaN之間有0.5 V的異質勢壘而使開啟電壓升高以及晶體完整性差造成p型摻雜效率低，導致串聯電阻增大，還有Si吸收可見光會降低LED的外量子效率。因此，針對上述問題，深入研究和采用了發光層位錯密度控制技術、化學剝離襯底轉移技術、高可靠性高反光特性的p型GaN歐姆電極制備技術及鍵合技術、高出光效率的外延材料表面粗化技術、襯底圖形化技術、優化的垂直結構芯片設計技術，在大量的試驗和探索中，解決了許多技術難題，最終成功制備出尺寸1 mm×1 mm，350 mA下光輸出功率大于380 mW、發光波長451 nm、工作電壓3.2 V的藍色發光芯片，完成課題規定的指標。采用的關鍵技術及技術創新性有以下幾個方面。

　　(1)采用多種在線控制技術，降低了外延材料中的刃位錯和螺位錯，改善了Si與GaN兩者之間的熱失配和晶格失配，解決了GaN單晶膜的龜裂問題，獲得了厚度大于4 μm的無裂紋GaN外延膜。

　　(2)通過引入AIN，AlGaN多層緩沖層，大大緩解了Si襯底上外延GaN材料的應力，提高了晶體質量，從而提高了發光效率。

　　(3)通過優化設計n-GaN層中Si濃度結構及量子阱／壘之間的界面生長條件，減小了芯片的反向漏電流并提高了芯片的抗靜電性能。

　　(4)通過調節p型層鎂濃度結構，降低了器件的工作電壓；通過優化p型GaN的厚度，改善了芯片的取光效率。

　　(5)通過優化外延層結構及摻雜分布，減小串聯電阻，降低工作電壓，減少熱產生率，提升了LED的工作效率并改善器件的可靠性。

　　(6)采用多層金屬結構，同時兼顧歐姆接觸、反光特性、粘接特性和可靠性，優化焊接技術，解決了銀反射鏡與p-GaN粘附不牢且接觸電阻大的問題。

　　(7)優選了多種焊接金屬，優化焊接條件，成功獲得了GaN薄膜和導電Si基板之間的牢固結合，解決了該過程中產生的裂紋問題。

　　(8)通過濕法和干法相結合的表面粗化，減少了內部全反射和波導效應引起的光損失，提高LED的外量子效率，使器件獲得了較高的出光效率。

　　(9)解決了GaN表面粗化深度不夠且粗化不均勻的問題，解決了粗化表面清洗不干凈的難題并優化了N電極的金屬結構，在粗化的N極性n-GaN表面獲得了低阻且穩定的歐姆接觸。

　　2 Si襯底LED封裝技術

　　2.1 技術路線

采用藍光LED激發YAG／硅酸鹽／氮氧化物多基色體系熒光粉，發射黃、綠、紅光，合成白光的技術路線。