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LED照明百科

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2013-1211

LED老化功能研讨与LED厂产业品老化实图

本文图片参考欧博娱乐厂家汉鼎动力的产物老化实图,笔墨泉源:南盛大学教诲部发光资料与器件工程研讨中央


GaN资料自20世纪90年月以来逐步在表现、指示、背光和固态照明等范畴普遍使用,已构成宏大的市场。到现在为止,三种衬底(蓝宝石、碳化硅和硅)上制备的氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)均已完成商品化。近几年来,硅衬底GaN基LED技能备受存眷。由于硅(Si)衬底具有本钱低、晶体尺寸大、易加工和易完成内涵膜的转移等长处,在功率型LED器件使用方面具有优秀的功能价钱比。

  许多研讨组在Si衬底上生长了GaN内涵膜而且有些取得了器件或许对Si基GaN相干功能停止了研讨。在LED的制备进程中,将GaN薄膜转移到新的支持基板上制备垂直构造的器件,取得了比同侧构造器件更优秀的光电功能。

  本文将Si衬底上生长的GaN内涵膜经过电镀的办法转移到了铜支持基板、铜铬支持基板以及经过压焊的办法转移到Si支持基板上,取得了垂直构造发光器件,并对三种样品停止了老化比照研讨。

  实行

  实行用的内涵片是在硅(111)衬底上用MOCVD方 法生长的2in(50.8mm)的蓝光InGaN/GaN大批子阱内涵片,其芯片尺寸为1000Lm @ 1000Lm,生长办法已有报道。实行预备同炉生长的内涵片三片,此中一片用压焊的技能及化学腐化的办法将GaN内涵膜转移至Si基板上并取得发光器件, 称为样品A,别的两片用电镀及化学腐化的办法将GaN内涵膜辨别转移到电镀的铜基板和电镀的铜铬基板上并取得发光器件,辨别称为样品B、样品C。三种样品 除了内涵膜转移方法及支持基板纷歧样外,其他器件制造工艺都是分歧的。

  由于同类样品集体之间稍有差别,因而对样品A,B,C停止初测,辨别选出有代表性的芯片停止实行及测试。每种芯片都为裸芯封装。通常尺寸为 1000Lm @ 1000Lm的芯片任务电流为350mA,为了减速老化,对样品A,B,C常温下通直流电流900mA。用电源KEITHLEY2635和光谱仪 CompactArraySpectrometer(CAS)140CT测试了百般品老化前后的电流-电压(I-V)特性曲线、电致发光(EL)光谱、各 样品在各电流下的绝对光强等。

  后果与讨论

  I-V特性剖析

  表1为三种样品老化前、老化80,150和200h的Vf和Ir值,老化条件为常温900mA,此中Vf为350mA下的电压值,Ir为反向 10V下的泄电流值,通常反向泄电流Ir在反向5V下丈量,为比拟后果,选择更苛刻的条件,在反向10V下丈量。图1是三种样品老化前、老化80,150 和200h后的I-V特性曲线,辨别为图1(a)~(d)。图1(a)表现了A,B,C三种样品在老化前都有较好的I-V特性,其开启电压在2.5V左 右,反向10V下电流都在10-9A数目级。老化200h后三种样品在反向10V下其泄电流Ir都比老化前分明添加。表1阐明了经大电流200h老化后相 同反压(-10V)下B样品的泄电流最小,A样品次之,C样品最大,并且随着老化工夫的推移,三种样品在相反反压下的泄电流差异越来越大。 InGaNMQWLED在老化后正向电压稍有降低,是由于大电流永劫间老化使得暴露的n电极(铝)部分氧化从而招致打仗电阻变大形成。老化后泄电变大的原 由于:InGaNLEDpn结耗尽层的宽度次要由p型层载流子浓度决议,芯片颠末大电流永劫间老化后,由于Mg-H复合体的剖析,受主Mg被重激活,使得 p型载流子浓度降低,招致耗尽层变窄,反向偏置局势垒区变薄,隧道击穿身分增多,反向电流添加;别的,芯片颠末大电流永劫间老化后,量子阱区缺陷密度增 加,反向偏置时有缺陷和圈套辅佐隧穿惹起泄电流,B,A,C三种样品热导率顺次低落,以是在老化时发生的缺陷和圈套密度顺次低落,因而在相反反压下三种样 品泄电流顺次增大(如表1和图1所示)。

图1三种样品老化前后I-V特性曲线

 

表1老化前后三种样品的Vf值和Ir值

  EL光谱剖析

  图2是三种样品常温下900mA继续老化168h前后的1,10,100,500,800,1000和1200mA 下的电致发光(EL)光谱图[图2(a1)~(a3)]以及三种样品老化前后的EL波长随电流的变革干系图[图2(b1)~(b3)],图中实线表现老化 前的光谱,虚线表现老化后的光谱。图2(a1)~(a3)展现了颠末归一化处置老化前后的EL光谱,三种样品老化前后各电流下的EL谱波形除了大电流下峰 值波长有所红移外都没有分明变革。图2(b1)~(b3)展现了老化前后三种样品的波长随电流的变革有分明差异,此中B样品老化前后的波长随电流的变革关 系简直分歧,只是老化后划一电流下其波长稍有添加。A,B,C三种样品由于基板热导率有差异,在老化时百般品的结温纷歧样,以是老化后相反电流下的波长漂 移C样品最大,A样品次之,B样品最小。别的,由于三种样品基板材质以及芯片转移办法纷歧样,使得GaN内涵膜转移后在新的基板上遭到的应力情况纷歧样。 文献研讨标明,GaN从硅衬底上经过压焊和化学腐化转移到新的硅基板上后整个GaN层遭到的张应力减小,量子阱InGaN层遭到的压应力增大。用电镀的方 法完成薄膜转移的GaN应力松懈愈加彻底,使得量子阱遭到的压应力更大,所发生的极化电场更大,从而招致能带倾斜更大,因而载流子复适时开释光子的能量降 低,体现为EL波长更长。因而,老化前后EL谱中压焊在硅基板上的A样品波长最短,C样品次之,B样品最长,且B样品和C样品十分靠近。图2还反应了老化 前后从小电流到大电流下B样品的波长红移最大,这能够与以下几个方面有关,一方面结温降低使得GaN禁带宽度变小惹起波长红移,另一方面由于B样品应力松 弛最彻底,因而B样品量子阱遭到的压应力最大,以是B样品大批子阱区的极化效应最强,极化效应发生强的内建电场,此电场招致明显的量子限定斯塔克 (Stark)效应,惹起发光波长的红移。

 

图2三种样品900mA常温老化168h前后的EL谱图[(a1)~(a3)]及老化前后三种样品波长随电流的变革干系[(b1)~(b3)]

  功率-电流(L-I)干系剖析

  图3是350mA电流下百般品绝对光强随老化工夫的变革干系,三种样品都以老化前的光强为100%。从图3中可以看 到,A,B,C三种样品光强都随老化工夫的添加而先增大后减小,此中以A样品在老化2h后光强添加最多,随后随着老化的停止光强就开端减小了,而B,C样 品辨别在老化了32h,10h光强才开端降落,而且降落的趋向比A样品慢。并且可看出在常温900mA老化后A,B,C三种样品350mA下光强都颠末一 个最大值然后减小,C样品减小最多,A次之,B样品的光强值虽在减小,但依然比老化前的值大。此景象的缘由为:MOCVD办法生长的GaN有局部受主Mg 由于与H构成Mg-H复合体而钝化,Mg的激活率很低,招致空穴浓度较低,在大电流老化中,有局部Mg-H键被打断而使受主Mg被激活,从而空穴浓度增 加,能够载流子浓度变得愈加婚配,发光服从变高。另一方面,老化使GaN资料中位错、缺陷等非辐射复合中央密度降低,从而发光服从低落,光强降落。这两种 机制互相竞争,在老化初期,Mg受主激活机制占主导,因而划一电流下三种样品光强都添加,随着老化的停止,位错、缺陷等非辐射复合中央增活力制逐步占主 导,因而大电流老化一段工夫后三种样品光强都减小。三种样品光衰的快慢差别能够是由于三种样品量子阱的应力形态及支持基板热导率纷歧样形成非辐射复合中央 增生的水平纷歧样惹起的。

图3、350mA电流下绝对光强随常温900mA老化后随工夫的变革干系(以老化前光强为100%)

  结论

  经过对硅衬底上内涵生长的、转移到硅基板、铜基板和铜铬基板GaN基蓝光LED停止比照老化研讨,研讨后果标明,在 划一电流下铜基板的器件EL波长最长,是由于电镀转移到铜基板后GaN内涵膜的应力松懈更彻底。经过对三种差别基板LED器件的老化可知影响LED牢靠性 的次要要素能够是其应力形态。研讨了三种基板LED老化前后的I-V特性、L-I特性以及EL光谱,比照得知铜基板器件具有更好的老化功能。


      欧博娱乐厂家汉鼎动力产物老化实图

led厂产业品老化图



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