GaN基LED芯片可靠性優(yōu)化技術(shù)探究

解鵬濤

摘 要：在目前傳統(tǒng)的GaN發(fā)光二極管中，因?yàn)榘l(fā)光部產(chǎn)生的熱量無法得到有效的釋放直接導(dǎo)致熱量出現(xiàn)不斷累加的情況致使LED芯片出現(xiàn)了嚴(yán)重的惡化。文章主要探討了GaN基LED具體芯片自身可靠性優(yōu)化技術(shù)的相應(yīng)研究，分別講述了具體的研究方案以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：GaN；LED芯片；可靠性；優(yōu)化技術(shù)；研究

文章主要講述了側(cè)壁具有較強(qiáng)導(dǎo)熱保護(hù)層的GaN基LED結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)側(cè)壁出現(xiàn)表面鈍化，最終改變整個(gè)器件具有的發(fā)熱特性，利用較高電流對(duì)各種絕緣材料自身的保護(hù)層以及LED開展老化的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，綜合分析輸出功率隨時(shí)間變化存在的各種關(guān)系并實(shí)施側(cè)壁保護(hù)針對(duì)LED具體可靠性的相應(yīng)研究。同時(shí)最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明GaN基發(fā)光二極管自身功率速度變化仍然比較緩慢，并且證明AlON材料保護(hù)層的LED具體的光輸出功率發(fā)生的老化現(xiàn)象比較緩慢，這種保護(hù)層有助于提升LED芯片具有的可靠性。主要是由于AlON這一材料自身具有較強(qiáng)的導(dǎo)熱性，同時(shí)能夠有效的促進(jìn)LED熱量的實(shí)際疏散。與此同時(shí)這種材料具有較強(qiáng)的鈍化作用，能夠有效的減少LED自身的懸掛鍵，能夠有效的提升器件自身具有的可靠性。

1 研究方案

1.1 結(jié)構(gòu)模型

文章主要針對(duì)發(fā)光芯片在整個(gè)側(cè)面位置出現(xiàn)導(dǎo)熱性較強(qiáng)的保護(hù)膜能夠有效傳導(dǎo)存在的熱量并不斷降低邊緣出現(xiàn)的局部高溫，同時(shí)利用表面鈍化有效減少出現(xiàn)的懸掛鍵。其中制定的GaN基LED具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 含側(cè)壁保護(hù)層LED基本結(jié)構(gòu)示意圖

文章具體的研究方案：首先，制定沒有保護(hù)層的GaN基LED，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)可靠性的具體測(cè)試。其次，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上建立保護(hù)層并進(jìn)行相應(yīng)的可靠性分析。

1.2 LED基本制作工藝

文章主要在傳統(tǒng)LED基本結(jié)構(gòu)的側(cè)壁位置形成相應(yīng)的保護(hù)層，從而不斷改善器件自身具有的可靠性。同時(shí)，首先需要制造的就是具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的LED基本器件。在實(shí)際的研究過程中，利用垂直結(jié)構(gòu)Si作為襯底GaN基藍(lán)光LED芯片，具體的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)LED基本結(jié)構(gòu)

因?yàn)橹苯又谱鱃aN非常困難，因此，GaN基LED一般都會(huì)利用Si作為基本的襯底，這對(duì)于整個(gè)GaN基LED基本結(jié)構(gòu)會(huì)造成一定的不利影響。所以，想要提升自身具有的可靠性，部分廠家將LED自身的外延材料最終轉(zhuǎn)移到一些高導(dǎo)熱的相應(yīng)襯底中，常用的襯底材料就是Si襯底。結(jié)合以往LED基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的分析，這種芯片的重要散熱通道就是“芯片、黏結(jié)構(gòu)以及基板?！?/p>

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的分析

為了能夠達(dá)到基本傳導(dǎo)熱量的作用，需要選擇導(dǎo)熱性比較強(qiáng)的材料成為基本的保護(hù)層，利用導(dǎo)熱性以及導(dǎo)電性都比較強(qiáng)的材料。但是，在實(shí)際的研究中想要改變器件基本性能需要導(dǎo)熱層能夠基本滿足導(dǎo)熱的相應(yīng)要求具有一定的導(dǎo)熱性能。與此同時(shí)還應(yīng)該滿足絕緣的基本要求，否則很容易會(huì)出現(xiàn)器件之間的短路。所以，保護(hù)層具體的材料需要從導(dǎo)熱性比較強(qiáng)的各種絕緣材料中進(jìn)行選擇。選擇保護(hù)層材料盡量需要選擇透光性比較好的相應(yīng)材料，需要滿足制作工藝基本的研究，并充分考慮相應(yīng)的成本。需要對(duì)大量的材料進(jìn)行相應(yīng)的比較，最后進(jìn)行綜合考慮并選擇最合適的相應(yīng)材料。表1列出了幾種典型材料具有的熱導(dǎo)率。

表1 熱導(dǎo)率列表

其中，鋁、銅等金屬材料具有比較高的熱導(dǎo)率，但是并不適用于導(dǎo)熱膜。如果在實(shí)際的LED具體側(cè)壁中形成相應(yīng)的金屬膜，就像一面鏡子一樣阻擋光實(shí)際的出射，最終會(huì)導(dǎo)致LED自身的出光特性造成一定影響。同時(shí)，需要特別注意的是金屬自身具有的導(dǎo)電性非常強(qiáng)，非常容易會(huì)導(dǎo)致器件之間的短路，想要有效的保證金屬不會(huì)出現(xiàn)任何的短路情況，需要對(duì)金屬膜進(jìn)行相應(yīng)的控制，同時(shí)對(duì)工藝具有的基本精準(zhǔn)性提出更多的要求，實(shí)際操作比較困難，并不適合成為保護(hù)層。環(huán)氧樹脂等高分子材料自身的絕緣性能比較強(qiáng)，同時(shí)化學(xué)腐蝕性比較強(qiáng)，自身的熱導(dǎo)率比較低，同樣不適合成為保護(hù)層。氧化鋁等各種高導(dǎo)熱絕緣次材料，相比之下比較容易成為保護(hù)膜的基本材料。這種材料能夠同時(shí)滿足導(dǎo)熱性以及相應(yīng)絕緣性的基本要求，同時(shí)這種耐高溫的化合物可以適當(dāng)選擇相應(yīng)的沉積工藝形成，形成保護(hù)層能夠與器件利用基本的沉積工藝完成并不需要利用任何附加的工藝，這種工藝制作比較簡單，所以將氧化鋁等各種金屬化合物作為基本的保護(hù)膜材料具有較好的效果。利用實(shí)驗(yàn)測(cè)試以及相應(yīng)的對(duì)比最終得出結(jié)論，導(dǎo)熱性能以及粘附性能都比較好的AlON保護(hù)膜基本的LED自身的可靠性能比較強(qiáng)，同時(shí)在LED的位置設(shè)置相應(yīng)的AlON保護(hù)膜能夠抑制整個(gè)器件自身功能的衰減，同時(shí)有效提升整個(gè)器件自身具有的可靠性。

3 結(jié)束語

綜上所述，文章主要針對(duì)GaN基LED具體有緣層自身的散熱問題進(jìn)行相應(yīng)的研究與分析，同時(shí)設(shè)計(jì)了保護(hù)膜LED的基本結(jié)構(gòu)，證明 LED自身具有的可靠性。通過文章的研究，與以往的LED技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的比較，得出AlON保護(hù)膜基本的LED自身的可靠性能比較強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

[1]姚光慶，馮艷娥，段潔菲，等.氮化鎵發(fā)光二級(jí)管藍(lán)光轉(zhuǎn)換材料的合成和發(fā)光性質(zhì)[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2011，19（3）：226-229.

[2]翁斌斌，秦麗菲，黃瑾，等.非平面化型ITO氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管[J].半導(dǎo)體光電，2010，28（6）：774-777.

[3]王曉暉，劉祥林，陸大成，等.MOVPE 生長 InGaN/GaN 單量子阱綠光LED[J].高技術(shù)通訊，2011（2）：38-39.

[4]Shei S.C，Sheu J.K，hen.C.F，et al.Improved Reliability and ESD Characteristics of Flip-Chip GaN-Based LEDs with internal inverse-parallel protection diodes [J].Elsevier Science，2010：1-4.