電極與LED芯片穩(wěn)定性探討

背景情況

　　隨著固體照明技術的發(fā)展，LED照明在業(yè)內(nèi)掀起了一股熱浪，作為實現(xiàn)全彩色不可或缺的GaN基LED芯片更是被越來越廣泛的應用到人們的日常生活中。LED有很多優(yōu)點：1、高效、節(jié)能；2、長壽命、小體積、易維護；3、綠色環(huán)保、使用安全；4、可在各種惡劣環(huán)境下工作等。

應用市場

　　包括顯示屏、交通信號燈﹑路標、高亮度車用燈、LCD背光源、High power、白光、裝飾燈、城市夜景照明、警燈等。

芯片穩(wěn)定性問題的提出

電極對LED芯片穩(wěn)定性的影響

　　大連路美芯片有限公司系大連路明科技集團并購原美國AXT光電公司而成，原AXT的產(chǎn)品就以優(yōu)良的穩(wěn)定性而著稱。外延片生長技術是發(fā)光二極管技術的精髓所在。原AXT光電公司在外延生長方面擁有多項專利，所生產(chǎn)的外延片性能優(yōu)越,這是制作具有良好穩(wěn)定性芯片的前提，這些專利現(xiàn)已轉移給路明集團。原AXT公司的絕大部分技術骨干和高級管理人員應聘于大連路美公司，其專利和技術也歸路美所有，因此大連路美秉承了原AXT的產(chǎn)品優(yōu)勢，所產(chǎn)芯片也有著良好的穩(wěn)定性。憑著從事LED芯片工藝多年的經(jīng)驗，本文將主要分析一下電極對LED芯片穩(wěn)定性的影響。

　　為了提高器件穩(wěn)定性，我們從外延到工藝做了大量研究和實驗，發(fā)現(xiàn)電極的形狀、位置和制備工藝對芯片穩(wěn)定性有著巨大的影響。這里所說的電極既包括作為打線盤的pad，又包括作為歐姆接觸的透明電極。這種影響主要存在于：

　　1、電極形狀位置對電流分布和傳輸?shù)挠绊懀?BR>
　　2、電極的組分及制備工藝的影響。

　　電極形狀的影響

　　有人用小功率芯片研究了圖形對器件穩(wěn)定性的影響。研究表明：減少電極到各個角落的距離有助于改善電流分布,降低電壓,提高芯片的壽命

人們經(jīng)過對比實驗，發(fā)現(xiàn)左圖中的兩種芯片圖形1000小時光衰(b)比(a)小約10％

電極位置的影響

　　還有人對電極的位置所造成的電流分布進行了分析，發(fā)現(xiàn)不同的電極位置會使電流傳輸?shù)木鶆蛐韵嗖?2％(左圖不均勻性為5％,右圖為17％)。而電流傳輸?shù)牟痪鶆驎拐螂妷浩?，同時比較容易造成局部擊穿而使器件失效。

電極對功率型芯片的影響

　　眾所周知，由于功率型器件發(fā)熱量極大,所以它對電流的分布有著更苛刻的要求，對電極形狀不同而引起的電流分布差異也更加敏感。電流分布不均勻會使得局部電流過大而導致局部漏電，對器件壽命構成隱患。而電極位置不同會導致正向電壓的升高，也會引起電流分布的不均勻從而影響器件壽命。

　　我們在改善電流分布方面的設計使得我們的芯片有著比較均勻的電流傳輸，這是我們芯片具備良好穩(wěn)定性的重要因素之一。

　　我們的工作：對比分析了多種器件圖形結構,使電流分布盡量均勻，尤其是我們的P3芯片的樹狀結構(見下圖），經(jīng)大量實驗表明，能有效改善電流分布,從而減少體漏電的發(fā)生，使穩(wěn)定性得以提高，相關設計也在美國獲得了發(fā)明專利。

功率型產(chǎn)品P3芯片圖形結構

電流分布均勻性

通過用小電流（剛剛足夠亮的電流即可）電亮芯片，可以粗略的看出電流分布是否均勻，見下圖

我們也嘗試了其他圖形作為對比，如下面的兩種圖形，結果表明做成器件后，圖形A比圖形B的正向電壓要高出0.2V。

藍色柱條為圖形A的1008h電壓變化情況； 絳紫色柱條為圖形B的1008h電壓變化情況

透明電極組分的影響

　　透明電極具有傳輸電流和出光雙重作用,所以透明電極的制備質量對LED芯片電壓和亮度的穩(wěn)定性有著巨大的影響。

　　我們采用小功率型的芯片實驗了四種不同的電極組分，并對他們都進行了壽命實驗，條件為：TO封裝、室溫、100mA電流驅動、結果發(fā)現(xiàn)其光衰可相差15％(可參見下圖)！電極組分對小功率芯片的壽命影響尚且如此巨大，對功率型芯片的壽命影響則更加嚴重。

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P3 在小電流下電亮的情形