GaN基功率型LED可靠性分析

以GaN基蓝光芯片为基础制备了功率型蓝光和白光LED,在室温25℃、湿度35%、驱动电流350mA、连续老化1080h下,功率型蓝光和白光LED光衰随时间呈指数变化,分别平均衰减1.35%和2.56%;对LED的失效机理分析表明,GaN基外延材料质量、芯片的结构设计、p型电极的欧姆接触稳定性等均对LED可靠性有重要的影响.     

GaN基功率型LED芯片散热性能测试与分析

与正装LED相比,倒装焊芯片技术在功率型LED的散热方面具有潜在的优势.对各种正装和倒装焊功率型LED芯片的表面温度分布进行了直接测试,对其散热性能进行了分析.研究表明,焊接层的材料、焊接接触面的面积和焊接层的质量是制约倒装焊LED芯片散热能力的主要因素;而对于正装LED芯片,由于工艺简单,减少了中间热沉,通过结构的优化,工艺的改进,完全可以达到与倒装焊LED芯片相同的散热能力.     

GaN基发光二极管的可靠性研究进展

高效高亮度GaN基发光二极管(LED)在图像显示、信号指示、照明以及基础研究等方面有着极为广阔的应用前景,器件的可靠性是实现其广泛应用的保证.本文从封装材料退化、金属的电迁移、p型欧姆接触退化、深能级与非辐射复合中心增加等方面介绍了GaN基LED的退化机理以及提高器件可靠性的措施,并对GaN基LED的应用前景进行了展望.     

静电对GaN基白光LED可靠性的影响

对GaN基白光二极管(LED)分别施加-1 600、-1 200、-800、-400、400、800、1 200和1 600V静电打击,每次静电打击后,测量LED电学参数和光学参数的变化。从理论上分析了静电对LED可靠性的影响。实验表明:LED样品的I-V特性曲线及光学参数,受反向静电打击的影响比较大,而受正向静电打击的影响不明显。LED样品在被反向静电打击后,芯片内部产生二次缺陷和熔融通道,导致其I-V曲线变形,光通量减小,老化性能衰减速率加快。在1 600V范围内,LED可靠性受正向静电影响不明显。     

GaN基绿光LED芯片电流加速失效机理研究

采用电流加速的电应力老化方法研究GaN基绿光 LED芯片的失效机理。LED芯片在经过60 mA 电流老化424 h后,其发光效率总体趋势都是随老化时间增加而减小 ,但是小测量电流相比于大测量电 流的发光效率衰减程度更为明显。同时,在正向偏压下电流电压曲线基本没有变化,而反向 偏压下的反向 电流随老化时间的增加而快速增加。笔者认为在电应力老化作用下,随老化时间增加,有源 区的缺陷能级 增多,在正向偏压下,缺陷能级起到一个有效陷阱的作用,增加了载流子的寿命,降低了辐 射复合的几率, 使得发光效率降低,但是并没有减小正向偏压下的电流,而反向偏压时,缺陷能级起到了一 个漏电通道的作用,使得反向电流增大。     

具有AlGaN/GaN超晶格的GaN基LED的PL分析

主要分析了具有p-ALGaN/GaN超晶格的360 nmGaN基LED的光学性能。插入的p-ALGaN/GaN超晶格结构可以看做是提高空穴注入的空穴限制层。经过PL测试发现,PL谱出现了明显的双峰以及蓝带发光,前者是由插入的超晶格引起,而蓝带荧光则是由超晶格中深能级N空位与Mg浅受主能级之前的辐射跃迁引起的。     

基于非辐射复合缺陷测量的GaN基LED老化性能研究

外延晶格失配等引入的非辐射复合缺陷是影响GaN基LED性能的重要因素。对不同LED样品老化1 600h前后的I-V特性、理想因子以及量子效率、发光特性进行了测量研究,并结合非辐射复合缺陷的定量测量,分析验证了非辐射复合缺陷对LED老化性能的影响。结果表明,非辐射复合缺陷是造成GaN基LED老化过程中隧穿电流增大、I-V特性偏离理想模型、理想因子增大以及光输出非线性化等现象的根本因素。在此基础上建立了非辐射复合缺陷浓度与LED老化性能之间的关系模型,提出了一种基于非辐射复合缺陷浓度及其恶化系数的GaN基LED老化性能评测方法。     

功率型LED封装技术

随着LED芯片输入功率的提高,带来了大的发热量及要求高的出光效率,给LED的封装技术提出了更新更高的要求,使得功率型LED的封装技术成为近年来的研究热点.首先介绍了几种主要的功率型LED封装结构,对功率型LED封装过程的关键技术,如荧光粉涂覆技术、散热技术、取光技术、静电防护技术等及未来发展方向进行了描述.指出功率型LED封装应选用新的封装材料,采用新的工艺和新的封装理念来提高LED的性能和光效,延长使用寿命,以推进LED固体光源的应用.     

GaN基LED电流分布的模拟

采用Silvaco软件,利用二维有限元方法,仿真得到LED的电学等特性。比较3种不同尺寸的LED器件内的电流分布,得到电流密度与L的关系曲线,发现减小电流扩展长度L可提高电流的均匀性。模拟了5种不同电极结构的1 mm×1 mm功率LED,发现五插指电极结构的电流分布最均匀。     

功率型发光二极管的寿命与失效分析

可靠性是影响发光二极管应用的一个重要因素。对1 W大功率发光二极管分批在不同电流及不同结温下进行试验,分析了电流和结温对功率型发光二极管寿命的影响,应用应力加速模型推测在不同电流或结温条件下发光二极管的寿命,同时研究了试验过程中发光二极管的光电性能的变化,探索其失效机理,为功率型发光二极管的应用提供参考。     

Phosphor-Free GaN-Based Transverse Junction Light Emitting Diodes for the Generation of White Light

We demonstrate a GaN-based phosphor-free near-white-light light-emitting-diode (LED) structure that operates in the visible wavelengths and offers broadening and flattening optical bandwidth performance. The incorporation of GaN-based dual wavelengths (blue and green) multiple-quantum-wells with a transverse p-n junction produces a device which can directly generate stable and near visible white-light emissions. The shape of the optical spectra (440-560 nm) are invariable from low to very high levels of bias currents. The problems of nonuniform carrier distribution and bias dependent electroluminescence spectra that occur in traditional phosphor-free white-light or near-white-light LEDs (with vertical p-n junctions) are eliminated by the demonstrated structure     

Performance of High Power Light Emitting Diodes in Display Illumination Applications

The performance of liquid crystal displays and micro display projection systems is for a large part determined by the lamps and illumination optics they are using. Traditionally, gas discharge lamps are used, but light-emitting diode lamps are gradually taking over because of their attractive characteristics. We will discuss how the transfer to light-emitting diodes in the various display architectures changes the key performance parameters, remaining technical challenges, and prospects for future improvement     

用微结构压印提高GaN基发光二极管的输出光强

为了进一步提高GaN基发光二极管(LED)的出光效率,针对倒装焊GaN基发光二极管提出了一个在蓝宝石衬底出光面上引入二维微纳米阵列结构的新构想.根据这一构想,将微结构图形化压印和发光器件的封装有机地结合起来,利用一种简易可行的纳米压印-热硬化性聚合物压印技术,成功地制备出了带有微米级阵列超薄封装结构的LED.结果表明,这种带有微结构阵列LED的输出光强得到了明显增强,1mm×1mm大管芯GaN LED在350mA的直流电注入下的光功率比无微结构的LED提高了60%.这一成功为提高发光二极管的出光强度提供了一个有效的新途径.     

用微结构压印提高GaN基发光二极管的输出光强

为了进一步提高GaN基发光二极管(LED)的出光效率,针对倒装焊GaN基发光二极管提出了一个在蓝宝石衬底出光面上引入二维微纳米阵列结构的新构想.根据这一构想,将微结构图形化压印和发光器件的封装有机地结合起来,利用一种简易可行的纳米压印-热硬化性聚合物压印技术,成功地制备出了带有微米级阵列超薄封装结构的LED.结果表明,这种带有微结构阵列LED的输出光强得到了明显增强,1mm×1mm大管芯GaN LED在350mA的直流电注入下的光功率比无微结构的LED提高了60%.这一成功为提高发光二极管的出光强度提供了一个有效的新途径.     

High Brightness GaN-Based Light-Emitting Diodes

This paper reviews our recent progress of GaN-based high brightness light-emitting diodes (LEDs). Firstly, by adopting chemical wet etching patterned sapphire substrates in GaN-based LEDs, not only could increase the extraction quantum efficiency, but also improve the internal quantum efficiency. Secondly, we present a high light-extraction 465-nm GaN-based vertical light-emitting diode structure with double diffuse surfaces. The external quantum efficiency was demonstrated to be about 40%. The high performance LED was achieved mainly due to the strong guided-light scattering efficiency while employing double diffuse surfaces     

高亮度发光二极管外量子效率的计算

本文对典型结构高亮度发光二极管（ＨＢ－ＬＥＤ）的注入电流扩展以及器件的光输出进行了详细的理论分析，结果表明具有较厚顶层的器件容易实现注入电流的扩展，而具有较厚的底层即具有透明衬底的器件容易实现光耦合输出，因此引入较厚顶层和底层是提高ＬＥＤ的外量子效率的有效手段．最后分别计算出不同顶层厚度下具有吸收衬底和透明衬底的ＬＥＤ的外量子效率，这两类ＬＥＤ 最大外量子效率分别为 １２．０５％和２０．１２％．     

大功率GaN基LED的提取效率

影响GaN基LED效率的主要因素是内量子效率和提取效率.蓝光GaN基的LED内量子效率可达70%以上,紫外GaN基LED可达80%,进一步改善的空间较小.而传统大面积结构GaN基LED由于全反射和吸收等原因,外提取效率只有百分之几,提高空间很大.本文从几何和物理光学角度分析了影响GaN基LED外提取效率的因素,针对全反射、吸收、横向光波导等问题总结了现有的各种提高GaN基LED提取效率的手段及其优缺点.     

新型低压高效叠层有机白光器件

以Bphen:Li/WO3作为电荷产生层制备了低压、高效有机叠层白光器件. 实验中,首先在器件中引入高导电性的载流子注入和传输层,有效降低了器件的驱动电压,然后通过电荷产生层垂直堆叠两个低压白光器件,获得了低压、高效有机叠层白光器件. 叠层器件性能与单发光单元的器件相比较,其亮度及效率均有大幅提高,叠层器件的最大电流效率达到了17cd/A,在相同的电流密度下,叠层器件的效率约为传统器件的2.3倍,同时由于在叠层结构中引入了高导电性的载流子传输层,有效降低了器件的驱动电压,显著改善了白光器件的流明效率.叠层器件的流明效率相对于单发光单元器件提高了53%.     

新型低压高效叠层有机白光器件

以Bphen:Li/WO3作为电荷产生层制备了低压、高效有机叠层白光器件.实验中,首先在器件中引入高导电性的载流子注入和传输层,有效降低了器件的驱动电压,然后通过电荷产生层垂直堆叠两个低压白光器件,获得了低压、高效有机叠层白光器件.叠层器件性能与单发光单元的器件相比较.其亮度及效率均有大幅提高,叠层器件的最大电流效率达到了17cd/A,在相同的电流密度下,叠层器件的效率约为传统器件的2.3倍.同时由于在叠层结构中引入了高导电性的载流子传输层,有效降低了器件的驱动电压,显著改善了白光器件的流明效率.叠层器件的流明效率相对于单发光单元器件提高了53%.