芯片大小和電極位置對(duì)GaN基LED特性的影響

　?。牵幔位雽?dǎo)體材料近年來被廣泛用于制造短波長(zhǎng)的光電器件，如發(fā)光二極管（ＬＥＤｓ）和激光二極管（ＬＤｓ）。目前有關(guān)ＧａＮ材料生長(zhǎng)報(bào)道和文獻(xiàn)較多，有關(guān)芯片制造方面有少量報(bào)道還僅局限在ＧａＮ的刻蝕和歐姆接觸，具體到工程設(shè)計(jì)方面的技術(shù)報(bào)道很少。本文研究討論了芯片版圖設(shè)計(jì)對(duì)ＧａＮ基ＬＥＤ性能的影響，可為針對(duì)不同性能要求選擇芯片版圖提供參考。

　　１ 實(shí)驗(yàn)

　　我們使用的材料為用ＭＯＣＶＤ方法在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的藍(lán)色ＧａＮ基ＬＥＤ外延片，外延片為多量子阱結(jié)構(gòu)。芯片制造中，ｎ歐姆接觸電極采用Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ結(jié)構(gòu)，ｐ歐姆接觸電極用氧化Ｎｉ／Ａｕ透明電極，焊線電極為Ｔｉ／Ａｕ用一致性很好的外延片一劃為四，分別制作成如圖１（ａ）所示的４００μｍ×５００μｍ的鑲嵌結(jié)構(gòu)版圖、如圖１（ｂ）所示的３５０μｍ×３５０μｍ的鑲嵌結(jié)構(gòu)版圖和如圖２所示的兩種３５０μｍ×３５０μｍ對(duì)角版圖。芯片特性測(cè)試樣品取圓片中心、劃開后四分之一片位于直角頂點(diǎn)處的芯片，測(cè)試儀器是臺(tái)灣長(zhǎng)裕公司生產(chǎn)的Ｔ６２０型測(cè)試儀。　
　　
　?。?結(jié)果與討論

　　我們對(duì)四種版圖的芯片分別測(cè)試了Ｉ－Ｖ特性和Ｐ－Ｉ特性，圖３是各種版圖芯片的Ｉ－Ｖ特性曲線，圖４是各種版圖芯片的Ｐ－Ｉ特性曲線。

　　從圖３所示的Ｉ－Ｖ特性可以看出，在２０ｍＡ以下，兩種尺寸鑲嵌結(jié)構(gòu)版圖芯片和ｐ焊線電極在擴(kuò)展電極中部的對(duì)角電極芯片的Ｉ－Ｖ特性基本一樣，ｐ焊線電極遠(yuǎn)離ｎ電極對(duì)角電極芯片在相同電流下正向壓降Ｖｆ比其他幾種芯片要高。雖然圖１（ａ）版圖擴(kuò)展電極的面積大，對(duì)減小ｐ型歐姆接觸電阻有利，但增加了電流運(yùn)輸?shù)木嚯x，可能使體電阻增加，兩種效果沖抵使得芯片的Ｉ－Ｖ特性與尺寸小一些的圖１（ｂ）版圖芯片相似。圖２（ａ）采用對(duì)角電極，所測(cè)Ｉ－Ｖ特性表明，在ｐ焊線電極與ｎ電極的距離差不多時(shí)，芯片Ｉ－Ｖ特性與鑲嵌結(jié)構(gòu)電極芯片相當(dāng)。圖２（ｂ）ｐ焊線電極遠(yuǎn)離ｎ電極對(duì)角電極芯片相對(duì)Ｖｆ較高，這說明ｐ焊線電極下面的電流密度比與ｎ電極等距離的擴(kuò)展電極下的電流密度大，增加ｐ焊線電極與ｎ電極的距離，使芯片等效體電阻變大，Ｖｆ升高。

　　圖４所示的各種版圖芯片的Ｐ－Ｉ特性表明，在２０ｍＡ以下，各種ＧａＮ基ＬＥＤ芯片的Ｐ－Ｉ特性均為線形，兩種尺寸鑲嵌結(jié)構(gòu)版圖芯片和圖２（ａ）對(duì)角電極芯片在３０ｍＡ以內(nèi)的Ｐ－Ｉ特性基本一樣，當(dāng)電流變大，尺寸大的芯片光功率要大于尺寸小的芯片。圖２（ｂ）ｐ焊線電極遠(yuǎn)離ｎ電極對(duì)角電極芯片時(shí)，在正常工作電流（〈３０ｍＡ）下光功率較高，但大電流下功率飽和較快。ＧａＮ基ＬＥＤ在２０ｍＡ以下Ｐ－Ｉ特性為線形關(guān)系，光功率與電流密度無關(guān)，僅取決于有效電流，雖然芯片面積不一樣，但通的電流一樣，發(fā)光效率一樣，光功率差不多，大尺寸的芯片由于相同電流下電流密度小，在大電流下工作有一定的優(yōu)勢(shì)。圖２（ｂ）版圖對(duì)角電極芯片正常工作電流下光功率較高，說明離ｎ電極近的擴(kuò)展電極區(qū)域下面的電流密度較大，把ｐ焊線電極移到遠(yuǎn)離ｎ電極區(qū)，增加了可透光部分電流，減小了ｐ焊線電極下會(huì)吸光區(qū)的電流。在大電流條件下，一方面電流密度大易飽和，另一方面由于等效體電阻大，大電流相對(duì)發(fā)熱快，發(fā)光功率更容易飽和。

　?。?結(jié)論

　　文章研究表明，ＧａＮ基ＬＥＤ芯片在２０ｍＡ以下的Ｉ－Ｖ特性和Ｐ－Ｉ特性與尺寸大小關(guān)系不大，但與電極的位置有關(guān)，ｐ焊線電極遠(yuǎn)離ｎ電極的芯片２０ｍＡ下的光輸出功率高，正向壓降也高。在大電流下，ｐ焊線電極遠(yuǎn)離ｎ電極的芯片很容易飽和，芯片尺寸大的芯片大電流性能要好一些。鑲嵌結(jié)構(gòu)電極和對(duì)角結(jié)構(gòu)電極芯片的特性測(cè)試相互比較沒有發(fā)現(xiàn)明顯差異。