GaN基LED电流扩展对其器件特性的影响

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1、万方数据第23卷第6期2006年11月量子电子学报CHINESEJOURNALOFQUANTUMELECTRONICSVbl．23NO．6NOV．2006文章编号：100-5461(2006)06—0872—04GaN基LED电流扩展对其器件特性的影响孙重清，邹德恕，顾晓玲，张剑铭，董立闽宋颖娉，郭霞，高国，沈光地(北京工业大学光电子试验室，北京100022)摘要：GaN基LED的表面电流扩展对于器件的特性起着很重要的作用。制作环状N电极的器件在正向电压、总辐射功率、器件老化等特性方面较普通的电极都有很大的提高。通过一系列的实验对环状N电极和普通电极进行了比较，在外加正向电

2、流为20mA时，正向电压减小了6％，总辐射功率也略有提高，工作50小时后，总辐射功率相差8％，验证了环状N电极结构有利于器件电流扩展，减少器件串联电阻，减少了焦耳热的产生，提高了LED电光特性和可靠性。关键词：光电子学；固态照明；环状N电极；总辐射功率；电流扩展中图分类号：TN383文献标识码：A1引言随着GaN基LED的迅速发展，LED已经成为下一代主要照明工具的主要候选者，虽然要实现半导体照明工程还有一段很长的路要走。随着GaN材料生长技术的快速进步，近些年，LED器件在总辐射功率和发光效率方面已经取得了很大的进步，极大的推动了LED的产业化进程[1

3、，使固态照明得以真

4、正的实现。现今，在GaN基LED的发展过程中主要存在三个方面的问题[2]=1)器件内量子效率的提高；2)光提取效率的提高；3)器件的电流扩展和散热。在器件的内量子效率和光提取效率和散热方面，国内外已经发表了很多这类文章[3~6】，提出了很多提高效率的方法，诸如有源区结构优化、倒装焊技术的应用、表面粗化和倒金字塔结构的提出等等。应用有效的封装结构和封装技术[7]使LED的散热特性得到进一步提高。器件表面电极的结构Is]以及欧姆接触的制作对于改善器件电流扩展是非常重要的，通过优化电极结构可以优化电流扩展分布，减少器件串联电阻，进而减少焦耳热的产生，以达到改善器件特性的目的。本文

5、将从两种不同的LED表面电极结构，来分析和比较这两种电极结构的器件，并且把器件倒装在Si支架上，进行标准封装，对器件的电流电压曲线，电流总辐射功率曲线等进行测试和比较。2器件的制作本文使用的LED芯片是采用MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长的。一层N型的N—GaN作为缓冲层，然后在其上生长4000nm的N型N—GaN，掺杂浓度为5×1018，而后生长1nm的Ino．1Gao．9N和2FiE的N—GaN，中间含有10周期的超晶格，而后生长5对10nm的N—GaN和3nm的Ino．2Gao．8N作量子阱，最后生长150FiE的P型GaN,掺杂浓度为5×1019，随后采用两套不同电

6、极结构的版图制作P电极和N电基金项目：国家973计划(20000683—02)、北京市教委项目(2002kj018)和北京市科委重点项目(D0404003040221)收稿日期：2005—09—08；修改日期：2005—10—22E-maihsunchongqing@emails．bjut．edu．an万方数据第6期孙重清等：GaN基LED电流扩展对其器件特性的影响873极。一种结构我们称作为A，一种我们称作为B，如图1所示：A所示版图制作的LED接通外接电流后，外接电流从P电极流入器件，电流全部通过A中所示的圆弧1区流向N电极，从而这部分区域在器件工作的过程中集聚了大量电

7、流，导致这部分区域电流密度很大，这部分电流产生很大焦耳热，而在其他区域由于电流分散的流向这个圆弧，使得其他区域的电流密度较圆弧区小很多，这部分产生的焦耳热较圆弧区也小很多。在器件工作过程中，圆弧区温度过高，使得这部分区域的有源区非辐射复合增加，内量子效率下降，并且过高的工作温度很容易损坏器件。而在其他区域流过有源区的电流密度将相对的要小，离圆弧区域越远电流密度越小，这些区域有源区的辐射复合的能力减弱，而导致总辐射功率和发光效率的降低。如图1中B所示版图，在A结构的基础上将N电极制作成环形的，这种情况下器件接通外接电流后，外接电流从P电极流过图中2，3，4，5，6区域流向N电

8、极，这样电流分散着流向N电极，器件的电流分布更加均匀，避免了A中因电流集中在局部而产生很多焦耳热，温度过高而损坏器件。ABFig．1TwokindsofelectrodesAandBFig·2PhotoofstandardpackageLED3实验和分析为了验证我们的分析，我们把两种版图分别制作的LED管芯倒装焊在与之相配的Si支架上，并且进行标准的封装，封装完成的器件如图2所示。我们对封装完成的器件进行了测试，得到了器件的电流电压曲线，电流总辐射功率曲线和总辐射功率随时间的变化曲线。如图3所示，在相同的输入电流条