Si基GaN LED可靠性研究

论文摘要

近几年来,在硅(Si)衬底上生长GaN材料已经取得了很大的进展,并已制作出功率型的Si基GaN蓝绿光发光二极管(LED)。众所周知,器件的可靠性直接关系到技术的商业价值与产业化,因此,Si基GaN LED可靠性的研究就显得尤为重要。然而Si基GaN LED作为一种全新的产品,其可靠性仍需做进一步的研究与分析。本文主要研究了Si基GaN LED芯片在大电流老化下的光电性能和抗静电性能。获得了如下一些有意义和部分有新意的结果:1.对200μm×200μm的LED芯片和400μm×600μm的功率型蓝光LED芯片分别进行大电流老化实验,得出500mA、5min和1A、15min分别为上述两种芯片的优化老化条件,且其老化结果与常规老化电流老化的结果吻合较好。2.用人体模式和机器模式两种模式对GaN/Si LED芯片进行静电打击,结果表明200V机器放电模式和1200V人体放电模式下的效果是相近的,且机器放电模式下的试验条件更为苛刻,因此ESD实验一般选择人体放电模式。而且在人体模式下,不同的ESD电压对老化结果没有显著的影响。3.对比有无反射镜的功率型蓝光LED芯片(芯片尺寸400μm×600μm)进行1200V人体放电模式的静电击打试验,两者的静电通过率接近,说明反射镜的制作在提高光强的同时对芯片的抗静电性能影响不明显。4.对本实验室在Si(111)衬底上MOCVD法生长的芯片尺寸为400μm×600μm功率型绿光LED的光电性能进行研究。带有银反射镜的LED在20mA的电流下正向工作电压为3.59V,主波长518nm,输出光功率为7.3mW,90mA下达到28.2mW,发光功率效率为7.5%,光输出饱和电流高达600mA。200mA电流加速老化216小时后,有银反射镜的LED光衰小于无银反射镜的LED,本文把这一现象归结于Ag反射镜在提高出光效率的同时,降低了芯片本身的温度。以上研究结果已经在本实验室产业化基地晶能光电(江西)有限公司硅衬底LED质量表征中采用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 前言
• 1.2 GaN基材料及其发光器件的发展
• 1.3 GaN基材料的基本性质
• 1.3.1 GaN的结构特性
• 1.3.2 GaN的电学特性
• 1.3.3 GaN的光学特性
• 1.4 LED可靠性研究现状
• 1.5 本论文研究内容及行文安排
• 参考文献
• 第2章 Si衬底GaN基LED芯片及其器件大电流老化研究
• 2.1 引言
• 2.2 GaN基LED光电性能的相关概念
• 2.3 大电流老化GaN/Si LED芯片实验
• 2.3.1 不同电流下的大电流老化实验
• 2.3.2 大电流老化与常规老化电流老化的对应关系
• 2.3.3 功率型GaN基蓝光LED芯片大电流老化实验
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第3章 Si衬底GaN基LED芯片及其器件抗静电实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 静电实验
• 3.2.1 静电放电（ESD）模式对GaN/Si蓝光LED良率的影响
• 3.2.2 静电放电（ESD）条件对老化结果的影响
• 3.2.3 有反射镜与无反射镜功率型蓝光LED芯片静电实验
• 3.3 小结
• 参考文献
• 第4章 Si衬底功率型GaN基绿光LED性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 GaN基LED的相关知识
• 4.2.1 表征LED光学特性的基本参数
• 4.2.2 与LED效率相关的几个概念
• 4.3 Si衬底功率型GaN基绿光LED性能研究
• 4.3.1 LED测试装置
• 4.3.2 Si衬底功率型绿光LED性能研究
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第5章 结论
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果