電子阻擋層和反射層能有效提高氮化物LED光功率

近日，臺灣國立成功大學和昆山科技大學合作，在氮化物led的p電極下插入二氧化硅/鋁多層結構，器件光功率得到明顯提高。這里二氧化硅可以改進有源區的電流擴展，降低電流堆積效應，而鋁作為放射鏡可以降低p電極對光的吸收，增加藍寶石襯底邊光的提取。他們比較了三個LED(普通型作為參照，二氧化硅阻擋層的LED，以及二氧化硅阻擋層+鋁反射鏡的LED)，20毫安工作電流下，使用二氧化硅電流阻擋層較傳統結構器件功率提高15.7%，而使用二氧化硅阻擋層+鋁反射鏡，功率則提高了25.8%。

當前多數氮化物LED都是在絕緣的藍寶石襯底上外延生長的，因此p電極和n電極都在藍寶石的同側，這樣金屬電極，特別是距離有源區近的p電極，都會吸收光而降低了LED光的有效提取。如果通過降低電極厚度來減少對光的吸收，將會引起電流分布不均勻，造成局部高電流密度，產生droop效應，降低了LED的效率。因而電流擴展問題成為目前困擾LED器件效率提高的一個關鍵所在。

國立成功大學新提出的反射阻擋層結構，即采用二氧化硅阻擋層+鋁反射鏡，其中鋁反射鏡對430-480納米藍光的反射率達到了91%。這種新結構不但改善了電流擴展，增加光的提取，而且還降低了反向漏電，5V電壓下反向漏電流從傳統結構的33.2 nA降低到了29.3 nA，這是二氧化硅對表面缺陷的鈍化效應引起的。反射阻擋層新結構的一個小缺點是降低了p-GaN和ITO電流擴展層的接觸面積，這樣會引起LED工作電壓稍微提高，20mA電流下，電壓從傳統結構的3.6V提高到3.7V。

圖1：光輸出功率/電流對比電壓(L-I-V)
(黑色為參考線，紅色為正常堵塞，綠色為阻擋加反射后LED性能)

圖2：氮化物半導體外延結構圖解

圖3：頂端為三種LED的電荷耦合器件圖形
底端為相應的結構示意圖