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(zhǎng)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(duì)光強(qiáng)隨老化時(shí)間的變化關(guān)系，三種樣品都以老化前的光強(qiáng)為100%。從圖3中可以看到，A，B，C三種樣品光強(qiáng)都隨老化時(shí)間的增加而先增大后減小，其中以A樣品在老化2h后光強(qiáng)增加最多，隨后隨著老化的進(jìn)行光強(qiáng)就開(kāi)始減小了，而B(niǎo)，C樣品分別在老化了32h，10h光強(qiáng)才開(kāi)始下降，并且下降的趨勢(shì)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(qiáng)都經(jīng)過(guò)一個(gè)最大值然后減小，C樣品減小最多，A次之，B樣品的光強(qiáng)值雖在減小，但仍然比老化前的值大。此現(xiàn)象的原因?yàn)椋篗OCVD方法生長(zhǎng)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(cuò)、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(qiáng)下降。這兩種機(jī)制相互競(jìng)爭(zhēng)，在老化初期，Mg受主激活機(jī)制占主導(dǎo)，因此同等電流下三種樣品光強(qiáng)都增加，隨著老化的進(jìn)行，位錯(cuò)、缺陷等非輻射復(fù)合中心增生機(jī)制逐漸占主導(dǎo)，因此大電流老化一段時(shí)間后三種樣品光強(qiáng)都減小。三種樣品光衰的快慢不同可能是因?yàn)槿N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(duì)光強(qiáng)隨常溫900mA老化后隨時(shí)間的變化關(guān)系(以老化前光強(qiáng)為100%)

結(jié)論

通過(guò)對(duì)硅襯底上外延生長(zhǎng)的、轉(zhuǎn)移到硅基板、銅基板和銅鉻基板GaN基藍(lán)光LED進(jìn)行對(duì)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(zhǎng)最長(zhǎng)，是因?yàn)殡婂冝D(zhuǎn)移到銅基板后GaN外延膜的應(yīng)力松弛更徹底。通過(guò)對(duì)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(duì)比得知銅基板器件具有更好的老化性能。