Si衬底GaN基功率型LED芯片性能研究

论文摘要

自从1989年第一支具有pn结的蓝光发光二极管（LED）问世以来,LED发展已经超过60年。GaN基LED是市场的主力,主要的成员是蓝光和绿光LED,还包括使用荧光粉获得的白光LED。大功率LED适合高亮度方面的应用如汽车前灯、大面积显示屏和普通照明等。目前GaN基大功率LED在芯片性能方面已经优于传统的LED,但其制作过程仍需优化。本论文主要研究了Si衬底GaN基蓝光LED芯片的一些性能：可靠性,结温特性,高注入电流下效率下降（efficiency droop）现象,得到了如下研究结果：1.对Si衬底GaN基蓝光LED芯片在常温下经1000小时老化的电学和发光性能进行了研究。老化后的光功率随时间的变化分先升后降两个阶段。老化前后Ⅰ-Ⅴ曲线结果显示,反向漏电流和正向小电压下的电流都有明显的增加。测试了老化前后不同电流密度下LED的EQE和光衰,发现老化前后EQE衰减幅度与注入电流密度关系密切,在2.0A*cm-2电流密度处EQE有最大值,同时也是老化前后光衰最小处。芯片经200mA加速老化1000h后在60mA工作电流下光功率下降仅3.8%,说明硅衬底LED芯片具有较高的可靠性。2.基于电学测量法研究了正向电压与温度之间的线性关系,此线性关系可用于LED结温的测量。3.蓝光和绿光LED的光功率与工作环境和驱动条件有密切的关系。在小电流区域随着温度的升高L-Ⅰ曲线由线性转换为超线性。在300K的温度下随着驱动电流增加时,L-Ⅰ由超线性转换为次线性。随着温度的降低,LED的EQE峰值出现即效率下降现象发生的电流密度在单一下降；在高电流密度下,100K温度下LED的EQE下降速率最快且小于其它温度下LED的EQE,两者的起因都可归结为电子泄漏。本论文得到了国家863纳米专项（No.2003AA302160）和电子发展基金资助

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 综述
• 1.1 前言
• 1.2 GaN的基本性能
• 1.2.1 GaN的基本结构
• 1.2.2 GaN的基本参数
• 1.2.3 GaN衬底的种类
• 1.3 GaN基LED发光和散热性能
• 1.3.1 LED发光亮度的提升
• 1.3.2 LED的热管理
• 1.4 LED的封装
• 1.4.1 LED的封装方式
• 1.4.2 LED的封装材料
• 1.5 LED的可靠性
• 1.5.1 LED芯片的失效模式
• 1.5.2 LED器件的失效模式
• 1.5.3 LED器件的失效筛选试验
• 1.5.4 LED器件的失效率与寿命
• 1.6 本论文研究内容和行文安排
• 参考文献
• 第2章 Si衬底GaN基LED芯片老化性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 芯片制备
• 2.2.2 老化实验
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 LED芯片老化前后的光衰
• 2.3.2 LED芯片老化前后Ⅰ-Ⅵ曲线变化
• 2.3.3 LED芯片老化前后的EQE
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第3章 Si衬底GaN基LED结温测量方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 数学模型
• 3.3 实验过程与结果
• 3.4 讨论
• 参考文献
• 第4章 Si衬底GaN基LED效率下降问题研究
• 4.1 引言
• 4.2 综述
• 4.2.1 效率下降的物理根源
• 4.2.2 当前对效率下降物理根源争论的焦点
• 4.3 实验过程与讨论
• 4.3.1 LED的EL谱
• 4.3.2 LED光功率与正向电流之间的关系
• 4.3.3 LED的外量子效率
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第5章 结论
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果