热冲击对Si基板InGaN/GaN多量子阱蓝光LED性能的影响

论文摘要

GaN基LED在固态照明和信息显示等领域具有广阔的应用前景,其经济和社会意义十分巨大。随着LED的商业化,市场对LED可靠性的要求也越来越高。加之,LED芯片内各层材料的晶格常数和热膨胀系数存有差异,这都极大地制约了LED可靠性的提高。目前,研究LED稳定性和失效特性的方法大致有大电流老化,高温老化和湿度老化等,而热冲击作为一种更为显著地影响LED芯片内各层材料热膨胀性的方式,对LED芯片的光电性能的影响还有待于进一步研究。本文对Si衬底蓝光LED芯片的变温变电流性能进行了一定研究,并着重研究了热冲击对蓝光LED芯片光电性能的影响及相关的失效特性,获得了如下一些有意义和部分有创新性的结果：1、研究了Si衬底蓝光LED芯片从100K至350K各环境温度下不同电流密度的EL光谱及正向Ⅰ-V特性。结果表明,无论在哪个温度,随着正向电流的增大,样品的发光波长均存在蓝移的现象,并且随着环境温度的升高和正向电流的增大,蓝移倾向变缓；LED的发光光谱在低温下有第二峰的存在,并且,随着温度的升高和电流的增大,该峰慢慢淬灭；随着环境温度的升高,EQE最大值处所对应的电流密度呈指数函数增大。2、报道了513K热冲击及持续高温对Si衬底蓝光LED性能的影响。随着电流的增大,两种处理都使得正向电压增大,串联电阻增大,但是热冲击对正向电压和串联电阻的影响更为明显。同一电流下,热冲击与持续高温处理都会使得芯片的发光强度下降,而且持续高温处理后光强下降更为明显。然而,持续高温与热冲击两种方式处理后对芯片发光波长影响不大。3、芯片经受573K热冲击会出现裂纹,而且在热冲击过程中,芯片颜色逐步变深；通过对比573K热冲击对有、无Ag反射镜的芯片的光电性能的影响后证实,Ag反射镜的球聚可能是造成LED在573K热冲击后失效的重要原因之一。本论文得到了教育部长江学者与创新团队发展计划资助（IRT0730）和国家高技术研究发展计划资助（2006AA03A128）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 综述
• 1.1 引言
• 1.2 LED的发光机理及光电性能简介
• 1.2.1 LED的发光机理
• 1.2.2 LED的光学性能
• 1.2.2.1 发光强度
• 1.2.2.2 发光效率
• 1.2.2.3 发光波长
• 1.2.3 LED的电学性能
• 1.3 LED可靠性及失效特性的研究
• 1.3.1 失效模式
• 1.3.1.1 开路失效
• 1.3.1.2 参数退化
• 1.3.2 失效因素
• 1.3.2.1 封装互联材料
• 1.3.2.2 外延质量
• 1.3.2.3 结构设计
• 1.3.2.4 加工工艺
• 1.3.2.5 加载电流
• 1.3.2.6 热冲击
• 1.3.3 失效机理
• 1.3.3.1 封装材料退化
• 1.3.3.2 缺陷的存在
• 1.3.3.3 金属电迁移
• 1.3.3.4 P区欧姆接触退化
• 1.3.4 失效分析方法
• 1.4 本论文研究内容和行文安排
• 参考文献
• 第2章 环境温度对Si衬底InGaN/GaN多量子阱蓝光LED光电性能的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同环境温度下的EL特性分析
• 2.3.1.1 波长变化
• 2.3.1.2 半峰宽变化
• 2.3.1.3 发光强度变化
• 2.3.1.4 EQE变化
• 2.3.2 不同环境温度下的Ⅰ-Ⅴ特性分析
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第3章 热冲击及持续高温对Si衬底InGaN/GaN多量子阱蓝光LED性能的影响
• 3.1 不同热冲击温度的影响
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 实验
• 3.1.3 结果与讨论
• 3.1.3.1 不同温度的热冲击对芯片发光波长的影响
• 3.1.3.2 不同温度的热冲击对芯片发光强度的影响
• 3.1.3.3 不同温度的热冲击对芯片发光效率的影响
• 3.1.3.4 不同温度的热冲击对芯片Ⅰ-Ⅴ特性的影响
• 3.1.4 结论
• 3.2 热冲击与持续高温的影响
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 实验
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.2.3.1 持续高温与热冲击对芯片Ⅰ-Ⅴ特性的影响
• 3.2.3.2 持续高温与热冲击对芯片发光波长的影响
• 3.2.3.3 持续高温与热冲击对芯片发光强度的影响
• 3.2.3.4 持续高温与热冲击对芯片发光效率的影响
• 3.2.4 结论
• 参考文献
• 第4章 热冲击对有、无Ag反射镜的芯片性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 热冲击前后发光强度对比分析
• 4.3.2 热冲击前后芯片发光效率的研究
• 4.3.3 热冲击前后的正向Ⅰ-Ⅴ特性分析
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第5章 结论
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所发论文