基于不同基板1W硅襯底藍光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系[(b1)~(b3)]

功率-電流(L-I)關系分析

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復合體而鈍化，Mg的激活率很低，導致空穴濃度較低，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、缺陷等非輻射復合中心密度升高，從而發光效率降低，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，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、缺陷等非輻射復合中心增生機制逐漸占主導，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力狀態及支撐基板熱導率不一樣造成非輻射復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系(以老化前光強為100%)

結論

通過對硅襯底上外延生長的、轉移到硅基板、銅基板和銅鉻基板GaN基藍光LED進行對比老化研究，研究結果表明，在同等電流下銅基板的器件EL波長最長，是因為電鍍轉移到銅基板后GaN外延膜的應力松弛更徹底。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力狀態。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。