GaN 基 LEDs 可靠性分析（一）引言由于GaN基LEDs的高效率（对于白光LEDs 光功率可达150 lm/W），长寿命（在实验条件下寿命可达10万小时），低成本，以及对于击穿和静电放电高的忍耐力，它代表了下一代光源几乎所有的理想特性，是半导体照明中的明星产业。随着对GaN材料的深化讨论以及半导体工艺的新进展，目前半导体发光二极管已经向高效率高亮度方向迅速进展，其应用领域也越来越广，包括指示灯、交通信号灯、液晶背光源、显示屏、半导体照明等。由于其应用领域日趋广泛，发光管的可靠性讨论显得日趋重要。白光LEDs主要由五部分构成：如图（一）所示：（1）有量子阱的半导体芯片；（2）封装材料确保其有高的机械强度和低的热阻；（3）为了达到最佳光提取效果的透镜；（4）把LEDs芯片发出的蓝光转化成白光的磷层；（5）为了获得有效热传输的铜构架。 图（一） 白光LEDs的结构简图以上所有的部分都会随着LEDs寿命出现不同程度的退化，潜在的限制了器件的寿命。在过去的几年里已经有不少人提出GaN基LEDs的光输出会随着使用时间出现很大的退化。大量的机理被证明会减低LEDs的光输出，例如： (1) 由于器件有源区中非辐射复合的增加，使得内量子效率减低; (2) 注入载流子在有源区中的反向隧穿电流; (3) ESD使得p-n结变短; (4) 由于塑料透镜与LEDs发出的短波相互作用，达到一定高温，使透镜性能退化； (5)在一定的高温条件下，磷层的棕变。当电流流过LEDs器件有源区，或者达到一定的高温操作，或是置于反偏电流及ESD条件下都可能使退化机理被激发或加剧，并且所有这些因素在LEDs的正常操作过程中都有可能发生。在正常操作条件下，LEDs能够达到相对高的能量扩散（的LEDs能够耗散2-4W的电功率），进而达到相对高的结温（＞）。在高温下能够强有力的影响LEDS的寿命,因为以上所列的许多衰减机理都是由热激发的。当GaN基LEDs用于需要严格控制电流的情况下时，必须确保它有很强的防静电放电能力。本文在目前的讨论基础上，综述讨论了 GaN 基 LEDs 的衰退及失效机理。在大量的加速寿命试验的基础上，对 LEDs 不同部分的失效进行了深化的讨论。本文给 LEDs 技术的不足以及设计和评测 LEDs 提供了重要的信息。该实验的测试样品是商业上用的多量子阱GaN 基 LEDs.我主要从两个方面介绍影响 LEDs 可靠性的机理，一个是直流正向偏置下有源区非辐射复合的增加，另一个是反向偏置下 LEDs 的衰减机理。在这之前先介绍一点基本概念及LEDs...
