Analysis on electrical characteristics of high-voltage GaN-based light-emitting diodes

<正>In order to investigate their electrical characteristics,high-voltage light-emitting-diodes(HV-LEDs) each containing four cells in series are fabricated.The electrical parameters including varying voltage and parasitic effect are studied. It is shown that the ideality factors(IFs) of the HV-LEDs with different numbers of cells are 1.6,3.4,4.7,and 6.4.IF increases linearly with the number of cells increasing.Moreover,the performance of the HV-LED with failure cells is examined.The analysis indicates that the failure cell has a parallel resistance which induces the leakage of the failure cell.The series resistance of the failure cell is 76.8Ω,while that of the normal cell is 21.3Ω.The scanning electron microscope(SEM) image indicates that different metal layers do not contact well.It is hard to deposit the metal layers in the deep isolation trenches.The fabrication process of HV-LEDs needs to be optimized.     

注入电流对绿光高压LED光电特性的影响

设计并制备了12 V 的GaN基绿光高压发光二极管（LED）,并对其进行了变电流测试。研究了绿光高压LED的正向电压、峰值波长、光功率以及光效等重要参数随注入电流的变化关系,电流变化范围为3~50 mA,测试温度为25 ℃。实验结果表明：电流对绿光高压LED的光电特性有很大影响。在驱动电流为20 mA时,对应电压为14 V。随着注入电流的增大,峰值波长蓝移了2 nm。随着电流的增大,光功率近似于线性增加。在注入电流从3 mA增大到20 mA的过程中,光效降低了约61%;在注入电流从20 mA增大到50 mA的过程中,光效降低了约39%。这说明高压LED在大电流驱动时,光效降低的幅度比较缓慢。上述结果对 GaN基绿光高压 LED 的改进优化具有一定的参考价值。     

功率高压LED模组在不同应力下的老化实验

对LED进行应力加速老化实验及分析可以对器件可靠性做出最快、最有效的评估。本文将相同的6V高压功率白光LED分为两组,一组施加180 m A电流应力和85℃温度应力进行高温老化实验,另一组施加180 m A电流应力、85℃高温和85%相对湿度进行高温高湿老化实验。在老化过程中,测试了LED光电参数随老化时间的变化规律。实验结果表明:高温大电流应力下的样品的光退化幅度为0.9%~3.4%,高温高湿大电流应力下的样品的光退化幅度为25.4%~27.8%,高温高湿下样品的老化程度远高于高温老化下样品的老化程度,湿度对LED可靠性有显著的影响。退化的原因包括荧光粉的退化和器件内部欧姆接触退化等。     

GaN基HEMT器件的缺陷研究综述

GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)因具有高输出功率密度、高工作频率、高工作温度等优良特性,在高频大功率等领域具有广泛应用前景。目前,HEMT器件在材料生长和工艺制备方面都取得了巨大的进步。但是,由缺陷产生的陷阱效应一直是限制其发展的重要原因。本文首先论述了HEMT器件中的表面态、界面缺陷和体缺陷所在位置及其产生的原因。然后,阐述了由陷阱效应引起的器件电流崩塌、栅延迟、漏延迟、Kink效应等现象,从器件结构设计和工艺设计角度,总结提出了改善缺陷相关问题的主要措施,其中着重总结了器件盖帽层、表面处理、钝化层和场板结构4个方面的最新研究进展。最后,探索了GaN基HEMT器件在缺陷相关问题上的未来优化方向。     

结温对高压白光LED光谱特性的影响

高压LED因其自身突出的特点在照明领域有着潜在的应用优势,但作为一种新型功率LED,其光电热特性仍需深入研究。该实验对6和9V GaN基高压LED芯片进行了相同结构和工艺条件的封装,对封装样品进行了10~70℃的变温度光谱测试,并进行了从控温平台温度到器件结温的转换。为保证器件的电流密度相同,6和9V样品光谱测试的工作电流分别设定为150和100mA。结果显示,结温升高会导致蓝光峰值波长红移、波长半高宽增大、光效下降和显色指数上升等现象。在相同平台温度和注入功率下,9V样品的结温低于6V样品;随着温度的升高,9V样品波长半高宽的增加量比6V样品少1.3nm,光效下降量少1.13lm·W~(-1),显色指数上升量少0.28。以上表明,与低压LED相比,高压LED有着更低的工作结温和更小的温度影响。原因在于,相同环境温度下高压LED具有更好的电流扩展性和更少的发热量。此特性在高压LED的研究、发展与应用等方面具有参考价值。此外,峰值波长仍与结温有着较好的线性度,在光谱设备精度较高的情况下可继续作为结温的敏感参数。     

Internal quantum efficiency drop induced by the heat generation inside of light emitting diodes （LEDs）

The reasons for low output power of AlGaInP Light Emitting Diodes (LEDs) have been analysed. LEDs with AlGaInP material have high internal but low external quantum efficiency and much heat generated inside especially at a large injected current which would reduce both the internal and external quantum efficiencies. Two kinds of LEDs with the same active region but different window layers have been fabricated. The new window layer composed of textured 0.5 μm GaP and thin Indium-Tin-Oxide film has shown that low external quantum efficiency (EQE) has serious impaction on the internal quantum efficiency (IQE), because the carrier distribution will change with the body temperature increasing due to the heat inside, and the test results have shown the evidence of LEDs with lower output power and bigger wavelength red shift.     

GaN基高压发光二极管理想因子与单元个数关系研究

理想因子能够反映电流、载流子泄漏以及缺陷导致的非辐射复合等现象. 针对目前报道的GaN基发光二极管的理想因子的问题, 通过对高压发光二极管I-V曲线的拟合计算出了理想因子n的数值, 分别讨论了12 V, 19 V, 51 V 和80 V GaN基高压发光二极管的理想因子与其结构中串联晶粒个数的关系, 分析了理想因子大小与光谱半高宽(FWHM)的变化关系. 另外, 还对电流拥挤效应对理想因子的影响进行了分析. 结果表明: 高压发光二极管理想因子n随串联晶粒个数的增加几乎为线性规律增加, 高压发光二极管理想因子n是由其串联单元理想因子之和构成的. 这对GaN基高压发光二极管理想因子的研究具有参考价值.     

AlGaInP大功率发光二极管发光效率与结温的关系

目前,AlGaInP大功率发光二极管(LED)存在的主要问题是大电流工作时发热严重,主要是由于电流扩展不均匀、出光面电极对光子的阻挡和吸收以及器件材料与空气折射率之间的差距引起的全反射现象,这些因素造成大功率LED出光受到限制、发光效率低、亮度不高.提出了一种复合电流扩展层和复合分布式布拉格反射层(DBR)的新型结构LED,使得注入电流在有源区充分地扩散,同时提高了常规单DBR对光子的反射率.结果显示,这种新型结构LED比常规结构LED的性能得到了很大的提升,350 mA注入电流下两者的输出光功率分别为4 关键词： 复合电流扩展层 复合分布式布拉格反射层 出光效率 结温     

51 V GaN基高压LED的热分析

设计并制备了51 V高压LED。对器件进行了大电流冲击试验并对器件的损毁原因进行了分析。运用有限元分析软件ANSYS对LED关键结构部位进行参数化建模及热分布模拟,得到其稳态的温度场分布;然后经过与红外热像仪成像图对比,得出电极烧毁的原因在于芯粒连接处的电极过薄过窄而导致的电阻过大,为后续设计更可靠的高压LED提供了参考。对芯片分别进行蓝光及色温5 000 K的白光封装,并分别测量了热阻,涂覆荧光粉的白光灯珠的热阻要比没有涂覆荧光粉的蓝光灯珠高约4℃/W。同时,51 V高压LED的热阻比1 W大功率LED要高,说明高压LED的散热性能比常规LED要差,这可能与高压LED具有深沟槽及众多的互联电极结构有关。