電極與LED芯片穩(wěn)定性探討

背景情況

　　隨著固體照明技術(shù)的發(fā)展，LED照明在業(yè)內(nèi)掀起了一股熱浪，作為實(shí)現(xiàn)全彩色不可或缺的GaN基LED芯片更是被越來越廣泛的應(yīng)用到人們的日常生活中。LED有很多優(yōu)點(diǎn)：1、高效、節(jié)能；2、長壽命、小體積、易維護(hù)；3、綠色環(huán)保、使用安全；4、可在各種惡劣環(huán)境下工作等。

應(yīng)用市場

　　包括顯示屏、交通信號燈﹑路標(biāo)、高亮度車用燈、LCD背光源、High power、白光、裝飾燈、城市夜景照明、警燈等。

芯片穩(wěn)定性問題的提出

電極對LED芯片穩(wěn)定性的影響

　　大連路美芯片有限公司系大連路明科技集團(tuán)并購原美國AXT光電公司而成，原AXT的產(chǎn)品就以優(yōu)良的穩(wěn)定性而著稱。外延片生長技術(shù)是發(fā)光二極管技術(shù)的精髓所在。原AXT光電公司在外延生長方面擁有多項(xiàng)專利，所生產(chǎn)的外延片性能優(yōu)越,這是制作具有良好穩(wěn)定性芯片的前提，這些專利現(xiàn)已轉(zhuǎn)移給路明集團(tuán)。原AXT公司的絕大部分技術(shù)骨干和高級管理人員應(yīng)聘于大連路美公司，其專利和技術(shù)也歸路美所有，因此大連路美秉承了原AXT的產(chǎn)品優(yōu)勢，所產(chǎn)芯片也有著良好的穩(wěn)定性。憑著從事LED芯片工藝多年的經(jīng)驗(yàn)，本文將主要分析一下電極對LED芯片穩(wěn)定性的影響。

　　為了提高器件穩(wěn)定性，我們從外延到工藝做了大量研究和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電極的形狀、位置和制備工藝對芯片穩(wěn)定性有著巨大的影響。這里所說的電極既包括作為打線盤的pad，又包括作為歐姆接觸的透明電極。這種影響主要存在于：

　　1、電極形狀位置對電流分布和傳輸?shù)挠绊懀?BR>
　　2、電極的組分及制備工藝的影響。

　　電極形狀的影響

　　有人用小功率芯片研究了圖形對器件穩(wěn)定性的影響。研究表明：減少電極到各個(gè)角落的距離有助于改善電流分布,降低電壓,提高芯片的壽命

人們經(jīng)過對比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)左圖中的兩種芯片圖形1000小時(shí)光衰(b)比(a)小約10％

電極位置的影響

　　還有人對電極的位置所造成的電流分布進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)不同的電極位置會(huì)使電流傳輸?shù)木鶆蛐韵嗖?2％(左圖不均勻性為5％,右圖為17％)。而電流傳輸?shù)牟痪鶆驎?huì)使正向電壓偏高，同時(shí)比較容易造成局部擊穿而使器件失效。

電極對功率型芯片的影響

　　眾所周知，由于功率型器件發(fā)熱量極大,所以它對電流的分布有著更苛刻的要求，對電極形狀不同而引起的電流分布差異也更加敏感。電流分布不均勻會(huì)使得局部電流過大而導(dǎo)致局部漏電，對器件壽命構(gòu)成隱患。而電極位置不同會(huì)導(dǎo)致正向電壓的升高，也會(huì)引起電流分布的不均勻從而影響器件壽命。

　　我們在改善電流分布方面的設(shè)計(jì)使得我們的芯片有著比較均勻的電流傳輸，這是我們芯片具備良好穩(wěn)定性的重要因素之一。

　　我們的工作：對比分析了多種器件圖形結(jié)構(gòu),使電流分布盡量均勻，尤其是我們的P3芯片的樹狀結(jié)構(gòu)(見下圖），經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)表明，能有效改善電流分布,從而減少體漏電的發(fā)生，使穩(wěn)定性得以提高，相關(guān)設(shè)計(jì)也在美國獲得了發(fā)明專利。

功率型產(chǎn)品P3芯片圖形結(jié)構(gòu)

電流分布均勻性

通過用小電流（剛剛足夠亮的電流即可）電亮芯片，可以粗略的看出電流分布是否均勻，見下圖

我們也嘗試了其他圖形作為對比，如下面的兩種圖形，結(jié)果表明做成器件后，圖形A比圖形B的正向電壓要高出0.2V。

藍(lán)色柱條為圖形A的1008h電壓變化情況； 絳紫色柱條為圖形B的1008h電壓變化情況

透明電極組分的影響

　　透明電極具有傳輸電流和出光雙重作用,所以透明電極的制備質(zhì)量對LED芯片電壓和亮度的穩(wěn)定性有著巨大的影響。

　　我們采用小功率型的芯片實(shí)驗(yàn)了四種不同的電極組分，并對他們都進(jìn)行了壽命實(shí)驗(yàn)，條件為：TO封裝、室溫、100mA電流驅(qū)動(dòng)、結(jié)果發(fā)現(xiàn)其光衰可相差15％(可參見下圖)！電極組分對小功率芯片的壽命影響尚且如此巨大，對功率型芯片的壽命影響則更加嚴(yán)重。

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P3 在小電流下電亮的情形