GaN基LED在短期电流应力老化过程中的光电性能研究

发布时间：2020-06-25 15:06

【摘要】：大电流驱动下的蓝绿光LED光效衰减以及器件老化是业内关注的热点问题。本文围绕GaN基蓝绿光LED的光效衰减问题,通过不同的检测方法,结合短期老化,从多个角度对影响GaN基蓝绿光LED的光电性能的机理进行研究,具体如下:1.结合短期老化对低温小电流下蓝绿光LED的光效下降(Droop)问题进行研究。LED的Droop效应严重限制了 LED的商用前景,特别是工作在光效衰减电流区的大功率LED。常温大电流下的光效下降现象已经有过很多研究报道,而导致大电流下光效下降的原因也一直备受争议。我们利用真空-低温系统对LED进行测试后发现蓝绿光LED在低温小电流下也存在光效下降的现象,但是常温下这种现象在同样的小电流区并不存在。有研究表明,这是低温小电流下空穴注入的不均匀导致的。我们对比了不同In组分的样品的实验数据,以及相同样品在短期老化的不同阶段的数据差异,认为点缺陷会使量子阱中产生能量势阱并且成为非辐射复合中心,对低温小电流下蓝绿光LED的光效产生一定的影响。本文建立了一个模型,详细的阐述了点缺陷在各种温度各种电流激发密度下对蓝绿光LED外量子效率的影响机理。2.利用显微高光谱成像技术对短期老化过程中绿光LED光学性能的变化进行研究。本研究课题将高光谱成像技术与LED的检测技术相结合,分析研究绿光LED发光面在短期老化过程中空间分辨光学性能的演化规律。实验数据表明,老化前芯片表面会存在许多小亮斑,经过短期老化后,大部分亮斑消失,同时伴随着芯片整体发光强度的降低,而峰值波长在老化1小时内发生蓝移,之后随着老化发生红移。产生这些现象的原因与老化过程中缺陷以及In组分的变化有关。此外,在小电流下,阴极附近区域的峰值光子能量和发光强度明显高于远离阴极的区域,而在大电流下分布则相对均匀。通过实验数据的对比分析,我们认为这与小电流激发密度下载流子的不均匀分布有关。本研究实现了显微高光谱成像技术在LED检测上的应用,同时,观测和分析了绿光LED芯片在短期老化过程中空间分辨光学性能的变化,并且发现了值得进一步探索的实验现象,为将来Micro-LED芯片的光学特性研究工作奠定了基础。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN312.8
【图文】：

芯片结构

发光原理：ＬＥＤ的发光实质上就是利用了半导体ｐｎ结的特性。当在两电极逡逑加上正向偏压之后，空穴和电子分别注入到ｐｒｉ结的ｎ型区和ｐ型区，当电子与逡逑空穴发生复合时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。如图１．３（ｂ）逡逑所示，ｐ型区的空穴通过扩散，移动到ｎ型区，ｎ型区的电子通过扩散，移动到逡逑ｐ型区，由此，空穴电荷区就会在ｐ型区和ｎ型区界面附近形成，即耗尽层［３］。逡逑以ｎ型区为例，当ｐ型区的空穴扩散到ｎ型区，空穴作为ｎ型区的少数载流子，逡逑会与ｎ型区的电子，即多数载流子，发生复合。但并不是所有的复合都会辐射出逡逑光子，由于复合方式的不同，载流子的复合分为两种，一种是没有光子辐射的复逡逑合，另一种是伴随着光子辐射的复合。前者的复合方式是有害的，辐射伴随着大逡逑量的热产生，从而使器件的温度升高，后者是发光的主要机理。对于发光器件来逡逑说

芯片结构,多量子阱

厦门大学硕士学位论文逡逑射出的光子的能量就越高，在可见光范围内，紫光的能量最大，红光能量最小［４］。逡逑多量子阱结构的发明对于ＬＥＤ的作用是至关重要的，如图１．３（ａ）所示，通过在ｐ逡逑型ＧａＮ与ｎ型ＧａＮ之间增加多量子阱结构能够极大的提高ＬＥＤ的辐射复合效逡逑率，并且可以通过调整量子阱结构来改变ＬＥＤ的发光波长。逡逑电极逡逑’逦空穴％丨空间电荷区邋耗尽层丨邋电子逡逑ｆｅ＾）ｆｅ）ｉ？？ｉ？？ｌ？；？＾？；逡逑室邋ＩｎＧａ！ＳＴ／ＧａＮ邋多曼子阱（ＭＱＷｓ）邋°？0？0０！０邋？？？：？＊？＊邋？｜逡逑＾＾－Ｎｉ／Ａｕ／ＡＩ／Ｔｉ邋电极邋ｒｅ°ｅｏ０！ｅｅｌ？？！？，＠，？１逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图１．３邋（ａ）多量子阱芯片结构；（ｂ）ｐｎ结逡逑１．３邋ＬＥＤ的量子效率与Ｄｒｏｏｐ效应逡逑１．３．１量子效率逡逑ＬＥＤ的效率主要有量子效率、发光效率和功率效率三种衡量标准，量子效逡逑率是指注入的载流子复合产生光量子的效率。量子效率又分为内量子效率逡逑和外量子效率？７￡２￡，重要的参数还有注入效率？／和光出射效率？（光学效率）。逡逑这几种效率相互之间的关系以及定义如下：逡逑（１－１）逡逑Ｖｅｑｅ邋＝邋Ｐ－＾＞逦（１－２）逡逑ＶｅＸＥ邋＝邋＇＾Ｖ，逦（Ｌ３）逡逑如公式１．１，１．２和１．３所示，＝邋７］／（３￡邋ｘ？＾ＸＥ，其中内量子效率是指逡逑每注入一个电子可以在ｐｎ结中产生的光子数，它与辐射复合的微观过程密切相逡逑关。／／ｅ表示单位时间注入ＬＥＤ的电子数

【参考文献】