基于不同基板1W硅襯底藍(lán)光LED老化性能研究

圖2三種樣品900mA常溫老化168h前后的EL譜圖[(a1)~(a3)]及老化前后三種樣品波長隨電流的變化關(guān)系[(b1)~(b3)]

功率-電流(L-I)關(guān)系分析

圖3是350mA電流下各樣品相對光強隨老化時間的變化關(guān)系，三種樣品都以老化前的光強為100%。從圖3中可以看到，A，B，C三種樣品光強都隨老化時間的增加而先增大后減小，其中以A樣品在老化2h后光強增加最多，隨后隨著老化的進行光強就開始減小了，而B，C樣品分別在老化了32h，10h光強才開始下降，并且下降的趨勢比A樣品慢。而且可看出在常溫900mA老化后A，B，C三種樣品350mA下光強都經(jīng)過一個最大值然后減小，C樣品減小最多，A次之，B樣品的光強值雖在減小，但仍然比老化前的值大。此現(xiàn)象的原因為：MOCVD方法生長的GaN有部分受主Mg由于與H形成Mg-H復(fù)合體而鈍化，Mg的激活率很低，導(dǎo)致空穴濃度較低，在大電流老化中，有部分Mg-H鍵被打斷而使受主Mg被激活，從而空穴濃度增加，可能載流子濃度變得更加匹配，發(fā)光效率變高。另一方面，老化使GaN材料中位錯、缺陷等非輻射復(fù)合中心密度升高，從而發(fā)光效率降低，光強下降。這兩種機制相互競爭，在老化初期，Mg受主激活機制占主導(dǎo)，因此同等電流下三種樣品光強都增加，隨著老化的進行，位錯、缺陷等非輻射復(fù)合中心增生機制逐漸占主導(dǎo)，因此大電流老化一段時間后三種樣品光強都減小。三種樣品光衰的快慢不同可能是因為三種樣品量子阱的應(yīng)力狀態(tài)及支撐基板熱導(dǎo)率不一樣造成非輻射復(fù)合中心增生的程度不一樣引起的。

圖3、350mA電流下相對光強隨常溫900mA老化后隨時間的變化關(guān)系(以老化前光強為100%)

結(jié)論

通過對硅襯底上外延生長的、轉(zhuǎn)移到硅基板、銅基板和銅鉻基板GaN基藍(lán)光LED進行對比老化研究，研究結(jié)果表明，在同等電流下銅基板的器件EL波長最長，是因為電鍍轉(zhuǎn)移到銅基板后GaN外延膜的應(yīng)力松弛更徹底。通過對三種不同基板LED器件的老化可知影響LED可靠性的主要因素可能是其應(yīng)力狀態(tài)。研究了三種基板LED老化前后的I-V特性、L-I特性以及EL光譜，對比得知銅基板器件具有更好的老化性能。