大功率白光LED的應(yīng)用及其可靠性研究

　　對可靠性的研究不能只停留在數(shù)據(jù)的測量和壽命的推算上，重要的是利用有效數(shù)據(jù)進行失效機理的分析。器件的失效分為早期失效，偶然失效，耗損失效三個階段，服從浴盆分布曲線。如圖1所示：

　　對于早期的突然失效分析，根據(jù)半導(dǎo)體器件的性能特點，早期失效階段的失效率較高，但失效率隨時間的增加而下降。器件的失效是由一種或幾種具有普遍性的原因所造成的，對不同品種，不同工藝的器件，這一階段的延續(xù)時間和失效比例是不同的。嚴格工藝操作和對原材料、半成品和成品的檢驗，可減少這階段的失效。進行合理的篩選可以盡可能的在交付使用前把早期失效的器件篩選掉，可使出廠的器件的失效率達到或者接近偶然失效水平。

　　根據(jù)實際情況，對于LED器件來說，目前國內(nèi)外對其早期失效機理的分析還是很少的，但由于LED器件的成本較高，并且早期失效占有較大比例，對這方面的分析應(yīng)該引起人們的重視。G.Cassanelli對大功率白光LED的早期突然失效進行了試驗分析，認為電極Ag與封裝材料中的硫磺反應(yīng)生成Ag2S，從而增大電阻以至完全開路造成器件的失效。從可靠性的一般觀點認為，在LED器件中觀察到的大部分失效機制都是在光通量和電參數(shù)隨著時間持續(xù)的衰減時所分析出的結(jié)果，通常對失效模型和機制的研究需要很長的時間。目前關(guān)于白光LED的失效機理主要分為以下幾個方面：

（1）封裝材料的退化。

　　高溫時，封裝材料的出光效率衰減很快。Meneghesso等人觀察到了大電流下封裝材料的退化現(xiàn)象。

　?。?）歐姆接觸退化。

　　Meneghesso等人對LED進行大DC電流條件老化，觀察到IV特性的退化，認為這是由于p型歐姆接觸在大電流和高溫下退化，使得串聯(lián)電阻增加所致。

　?。?）熒光粉退化。

　　實現(xiàn)白光的途徑有很多種，目前使用最為普遍，也是最為成熟的是通過在藍光芯片上涂敷發(fā)黃光的熒光粉，使藍光和黃光混合成白光。對熒光粉的穩(wěn)定性，文獻中說法不一。

　?。?）金屬電遷移。

　　P型電極金屬會沿著缺陷到達PN結(jié)區(qū)形成歐姆通路，造成結(jié)區(qū)特性退化。

　?。?）能級缺陷增加。

　　在高溫條件下，能級缺陷會快速增殖和繁衍，直至侵入發(fā)光區(qū)，形成大量的非輻射復(fù)合中心，嚴重降低器件的發(fā)光效率。

　?。?）靜電的破壞。

　　靜電會引起PN結(jié)區(qū)短路、短路，或在結(jié)區(qū)形成結(jié)構(gòu)缺陷，使得漏電流增大。不同的LED器件有其不同的失效機理。那么對于大功率白光LED可靠性的研究應(yīng)該在借鑒其他LED器件，前人成果的基礎(chǔ)上，并且針對白光LED的特點進行。目前，商用的大功率白光LED器件都是采用寬禁帶GaN材料，制作出發(fā)藍光芯片，然后利用光轉(zhuǎn)化材料，如：熒光粉，藍光與經(jīng)熒光粉轉(zhuǎn)化的黃光，合成白光。因此，在充分了解白光LED芯片材料和結(jié)構(gòu)的前提下，才能更好的開展可靠性工作。針對其他類型的LED器件的可靠性分析有些已經(jīng)不適應(yīng)白光LED。例如，對老化后的芯片進行解理，觀察等，對白光就不合適，因為白光里的藍光芯片上涂有熒光粉，無法進行微觀的失效機理的觀察。目前對大功率白光LED的可靠性分析，可分為兩大部分：藍光芯片的可靠性分析及熒光粉的可靠性分析，但是它們又不是獨立的，而是相互聯(lián)系的。