GaN基LED芯片可靠性优化技术研究

论文摘要

目前常规的GaN半导体发光二极管（LED）器件中，由于发光部分产生的热量无法有效释放，导致热量不断累积使温度上升，加速LED芯片的劣化。本文研究了一种在侧壁具有导热保护层的GaN基LED新结构，能够实现侧壁的表面钝化，并改善器件的散热特性。通过在较高的电流下对具有Al2O3、AlN和AlON等不同绝缘材料保护层的LED进行电流加速老化实验，分析输出功率随老化时间的变化关系，开展了侧壁保护层对LED可靠性影响的实验研究。实验结果表明，在侧壁形成保护膜的GaN基发光二极管的输出功率降低速度较慢。本研究中，首先制造了垂直结构Si衬底GaN基蓝光LED，并对其电流加速老化特性进行了测试。随后分别采用Al2O3、AlN和AlON材料在LED侧壁形成保护层。并对具有不同保护层材料的LED在20mA和50mA注入电流下进行加速老化实验，比较了其输出功率随老化时间的变化规律。实验结果表明，含有AlON材料保护层的LED光输出功率随老化时间的降低明显变缓，证明AlON保护层有利于提高LED芯片的可靠性。分析表明，这是由于AlON材料具有优良的热导率，能够有效地将LED有源区散发的热量进行疏散。同时，AlON具有表面钝化的作用，可以减少LED侧壁表面的悬挂键，从而改善器件的可靠性。本论文的研究对于提高GaN基LED的可靠性，推动半导体照明的进一步发展，具有积极的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号对照表
• 第1章 绪论
• 1.1 LED 产业的现状和发展前景
• 1.2 LED 可靠性研究的进展及现状
• 1.3 论文研究内容
• 第2章 研究方案
• 2.1 论文的研究方案
• 2.2 LED 的制作工艺
• 2.3 LED 的寿命测试
• 第3章 实验结果和分析
• 3.1 保护层材料的选择
• 3.2 附 Al2O3导热层的 LED
• 3.3 附 AlN 导热层的 LED
• 3.4 附 AlON 导热层的 LED
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果