高亮度發(fā)光二極管熱特性及可靠性研究.pdf

1、發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode，LEDs）自誕生以來(lái)，以其良好的發(fā)光特性，迅速成為半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近幾年，隨著LED器件性能的不斷提高，LED越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，器件的可靠性成為至關(guān)重要的問(wèn)題。由于LED是將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的電致發(fā)光器件，伴隨發(fā)光而產(chǎn)生大量的熱能是導(dǎo)致LED失效和光衰的主要原因所在。對(duì)于大功率LED，由于功率密度較高，其熱特性和溫度特性的研究尤為重要。
　　 本課

2、題得到了國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）資助項(xiàng)目（課題編號(hào)：No2009AA03A1A3.N02008AA03A192）及國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目（2008ZX10001-014），科技部技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目（No：09C26221100138）資助。論文針對(duì)LED的熱特性及溫度可靠性展開(kāi)了研究，著重研究了器件的低溫特性對(duì)應(yīng)用的影響及GaP電流擴(kuò)展層厚度對(duì)器件壽命的影響。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1）.利用正向壓降法對(duì)1W紅光、1W

3、藍(lán)光和1W白光LED進(jìn)行了結(jié)溫和熱阻特性的研究。當(dāng)電流由100mA升至1A時(shí)，器件結(jié)溫與電流的變化基本呈線性關(guān)系，熱阻變化不大，同時(shí)測(cè)量了電流變化過(guò)程中器件主要的光電參數(shù)，并詳細(xì)分析了其變化趨勢(shì)的內(nèi)在機(jī)理及對(duì)應(yīng)用的影響。
　　 2）.對(duì)功率LED的高低溫特性進(jìn)行了研究，在低溫條件下對(duì)LED的主要光參數(shù)進(jìn)行了在線測(cè)量，給出了LED的各項(xiàng)性能參數(shù)曲線。在低溫條件下，LED的相對(duì)光強(qiáng)要比在室溫條件下高，但低溫導(dǎo)致正向電壓升高，波長(zhǎng)發(fā)生

4、藍(lán)移，對(duì)于照明應(yīng)用的白光LED顯色指數(shù)也會(huì)下降
　　 3）.以溫度加速應(yīng)力和電流加速應(yīng)力分別對(duì)實(shí)驗(yàn)室研制的小功率AlGaInP紅光LED進(jìn)行了老化實(shí)驗(yàn)。在80℃，20mA的條件下，經(jīng)過(guò)1000小時(shí)老化試驗(yàn)，芯片尺寸為300μm×300μm的器件光通量退化約1.09％，芯片尺寸為200μm×200μm的器件光通量退化約為1.28％，外推這兩種器件在25℃，20mA下壽命分別為76602小時(shí)和64694小時(shí)，在這里器件的失效判據(jù)為光

5、通量衰減超過(guò)10％。并詳盡闡述了LED的幾種失效機(jī)理。
　　 4）.對(duì)實(shí)驗(yàn)室研制的GaP為電流擴(kuò)展層的紅光LED進(jìn)行了壽命可靠性研究，對(duì)生長(zhǎng)不同GaP厚度的器件進(jìn)行大電流加速壽命對(duì)比試驗(yàn)，在90mA電流下老化1800小時(shí)后，GaP層厚度為81μm的器件輻射功率退化9.1％～10.7％，GaP層厚度為12μm的器件輻射功率退化2.12％～3.4％。但是器件的壽命可靠性并不能隨著電流擴(kuò)展層的加厚而持續(xù)升高，當(dāng)GaP層過(guò)厚時(shí)，外延薄膜