GaN materiali dal XX secolo dagli anni 90 gradualmente nel display, istruzioni, retroilluminazione e illuminazione a stato solido e altri campi ampiamente usati, ha formato un mercato enorme. Fino ad ora, sono stati commercializzati gallio (GaN) nitruro diodi emettitori di luce (LED) preparati su tre substrati (zaffiro, carburo di silicio e silicio). Negli ultimi anni, substrato di silicio preoccupazione tecnologia LED su GaN. Perché il substrato di silicio (Si) presenta i vantaggi di basso costo, grande cristallo, dimensioni, facilità di lavorazione e facile trasferimento del film epitassiali, ha eccellenti prestazioni e basso costo in potere LED dispositivo applicazione.
Molti gruppi di ricerca hanno sviluppato GaN film epitassiali su substrati di Si e hanno ottenuto alcuni dei dispositivi o hanno studiato le proprietà correlate al GaN di Si-based. Nella preparazione del LED, il film di GaN viene trasferito al nuovo substrato di supporto per preparare la struttura verticale del dispositivo, confrontato con la stessa parte della struttura delle prestazioni del dispositivo meglio ottico.
In questa carta, il film epitassiale di GaN su substrati di Si è stato trasferito il substrato di supporto rame, il cromo rame substrato e il metodo di saldatura mediante saldatura alla Si sostenere il substrato di supporto. Dispositivo di uscita della luce verticale della struttura è stata ottenuta, e i tre tipi di campioni ha condotto uno studio comparativo di invecchiamento.
Esperimento
I wafer epitassiali sperimentali erano un 2 in (50,8 mm) blu In GaN / wafer epitassiali di multi-quantum ossido GaN cresciute su un substrato di silicio (111) MOCVD, con un chip di dimensioni di 1000Lm @ 1000Lm e il metodo di crescita sono stato segnalato. Sono stati preparati i wafer epitassiali cresciuti con il forno. Uno di loro è stato trasferito al substrato Si mediante pressione di saldatura e incisione chimica. Il dispositivo che emette luce è stato chiamato il campione A e gli altri due erano elettrolitico e incise chimicamente il GaN film epitassiali è stato trasferito su un substrato di rame placcato e un substrato di rame-cromo elettrolitico, rispettivamente e un illuminante dispositivo è stato indicato come esempio B e C del campione, rispettivamente. Tre campioni oltre al film epitassiale modalità di trasferimento e il substrato di supporto non è la stessa, l'altro dispositivo processo produttivo è lo stesso.
A seguito di simili differenze tra gli individui di campioni simili, così i campioni A, B, C per il test iniziale, sono stati selezionati rappresentativi del chip per esperimenti e test. Ogni chip è un pacchetto di base nuda. Di solito la dimensione di 1000Lm @ 1000Lm chip di funzionamento corrente di 350mA, al fine di accelerare l'invecchiamento dei campioni A, B, C a temperatura ambiente attraverso la DC corrente 900mA. La curva caratteristica corrente-tensione (I-V), elettrospettro di luminescenza (EL), l'intensità di luce relativa di ciascun campione ad ogni corrente sono stati misurati prima e dopo l'invecchiamento con l'alimentazione KEITHLEY2635 e lo spettrometro compatto Matrice Spettrometro (CAS) 140CT.
Risultati e discussione
Analisi di caratteristiche I-V
La tabella 1 Mostra i valori di Vf e Irper invecchiamento a 80, 150 e 200 ore prima dell'invecchiamento dei tre campioni. Le condizioni di invecchiamento sono 900mA a temperatura ambiente, dove Vf è la tensione a 350mA e Ir è la corrente di dispersione a 10V inversa, Ir corrente di dispersione è misurata in 5V inverso, per i risultati del confronto, selezionare condizioni più gravi, misurate al contrario 10V. La figura 1 Mostra il V curve caratteristiche del invecchiato, invecchiato 80, 150 e 200 ore prima di invecchiare, come mostrato in fig. 1 (a) a (d), rispettivamente. Figura 1 (a) dimostra che A, B, C tre campioni hanno caratteristiche I-V buona prima di invecchiamento, la tensione di apertura di circa 2, 5V, 10V inversa corrente nell'ordine di 10-9A. Dopo 200h di invecchiamento, la perdita corrente Ir di tre campioni in direzione inversa era significativamente superiore a quello prima di invecchiare. La tabella 1 Mostra che la corrente di dispersione del campione B è il più piccolo sul retro stessa pressione (-10V) dopo invecchiamento a 200h dopo alta corrente. Il campione è il secondo e l'esempio C è il più grande, e con il tempo di invecchiamento, i tre campioni sono sotto la stessa schiena pressione la perdita attuale differenza è sempre più grande e più grande. In GaN MQW Ha condotto dopo l'invecchiamento della tensione positiva è leggermente aumentato, perché la grande corrente di invecchiamento per lungo tempo, così che l'ossidazione locale nude n elettrodo (alluminio) con conseguente maggiore resistenza di contatto causato. La ragione per la grande perdita dopo invecchiamento è che la larghezza In GaN LED pnjunction strato di svuotamento è determinata principalmente dalla concentrazione p-tipo elemento portante. Dopo l'invecchiamento del chip dopo invecchiamento per lungo tempo, dovuta alla decomposizione del complesso Mg-H, attivazione, rendendo la concentrazione in elemento portante p-tipo aumentata, con conseguente svuotamento restringimento, reverse bias quando zona barriera diradamento, tunnel componenti di ripartizione aumentata, inversione corrente aumenta; In aggiunta, il chip dopo un lungo periodo dopo l'invecchiamento, la densità di difetti degli aumenti di ben regione quantistica, i difetti in polarizzazione inversa e la trappola-assistita tunneling causa corrente di dispersione e la conducibilità termica dei campioni di B, A e C diminuisce in girare. Di conseguenza, i difetti e intrappolare densità, in modo che la corrente di dispersione dei tre campioni aumenti la pressione posteriore stesso (come mostrato in tabella 1 e fig. 1).
Studio sull'invecchiamento prestazioni di 1W silicio substrato blu LED per diversi substrati
Curve caratteristiche di fig. 1-V di tre campioni prima e dopo l'invecchiamento
Tabella 1 valori di Vfe valori di Irdei tre campioni prima e dopo l'invecchiamento
Analisi spettrale di EL
La figura 2 Mostra gli spettri elettroluminescenti (EL) dei campioni a 1,10, 100, 500, 800, 1000 e 1200 mA prima e dopo 900 ore di continuo affinamento a 900 mA a temperatura ambiente [fig. 2 (a1) a (a3)] e tre (fig. 2 (b1) a (b3)], la linea continua nella figura viene illustrato t spettro di lui prima di invecchiamento e la linea tratteggiata indica lo spettro dopo l'invecchiamento. Figura 2 (a1) ~ (a3)Mostra lo spettro EL prima e dopo l'invecchiamento e lo spettro EL della corrente prima e dopo invecchiamento di tre campioni non ha nessun cambiamento evidente, tranne che la lunghezza d'onda di picco della corrente alta è rosso. Figura 2 (b1) ~ (b3) dimostra che le lunghezze d'onda dei tre campioni prima e dopo l'invecchiamento sono significativamente diverse da quelli della corrente. Le lunghezze d'onda dei campioni B prima e dopo l'invecchiamento sono quasi identici a quelli della corrente, ma solo dopo l'invecchiamento c'è un aumento. A, B, C tre campioni a causa della differenza tra la conduttività termica del substrato, l'invecchiamento della temperatura del campione non è la stessa, così dopo invecchiamento la deriva di lunghezza d'onda di corrente stesso C massimo, un campione di seguito, B campione minimo di esempio. Inoltre, a causa di tre tipi di substrato di campione e il chip metodo di trasferimento non è lo stesso, così che dopo il trasferimento di GaN film epitassiali sul nuovo substrato per la situazione di stress non è lo stesso. La letteratura indica che la sollecitazione di trazione di GaN strato è ridotto e la sollecitazione di compressione del quantum bene InStrato di GaN è aumentato dopo il GaN è trasferito dal substrato di silicio per il nuovo substrato di silicio da saldatura e incisione chimica. Il rilassamento da stress del transfer film sottile è più approfondito, affinché il quantum bene è sottoposto ad una sollecitazione di compressione maggiore, e la conseguente polarizzato campo elettrico è più grande, risultante in una maggiore inclinazione della band, così che il rilascio di fotoni Consumo energetico è ridotto, le prestazioni della lunghezza d'onda EL più a lungo. Pertanto, A campioni sono stati stampati sul substrato di silicio dello spettro E prima e dopo l'invecchiamento, la lunghezza d'onda del campione è stata la più breve, il campione C era il secondo, il campione B era la più lunga e il campione B e il campione di C erano molto vicini. Figura 2 riflette anche il redshift della lunghezza d'onda del campione B da piccola corrente ad alta corrente prima e dopo l'invecchiamento, che potrebbe riguardare i seguenti aspetti. Da un lato, la temperatura di giunzione aumenta il gap di banda GaN diventa più piccolo e la lunghezza d'onda è redshift. Come risultato il rilassamento da stress del campione B, il quantum di B-campione è anche la sollecitazione di compressione più, quindi la regione di ben multi-quantistica campione-B ha il più forte effetto di polarizzazione, e l'effetto di polarizzazione produce un forte campo elettrico incorporato. Questo campo elettrico porta a quantum significativo limite l'effetto Stark, causando un redshift della lunghezza d'onda della luce.
Studio sull'invecchiamento prestazioni di 1W silicio substrato blu LED per diversi substrati
Figura 2 tre campioni a temperatura ambiente 900mA 168h di invecchiamento prima e dopo lo spettro EL [(a1) ~ (a3)] prima e dopo tre tipi di lunghezza d'onda del campione con i cambiamenti in corso di invecchiamento [(b1) ~ (b3)]
Corrente di alimentazione (L-ho) l'analisi della relazione
Nella figura 3 è 350mA corrente sotto l'intensità di luce relativa del campione con il tempo di invecchiamento del rapporto tra i tre campioni sono invecchiati prima l'intensità della luce del 100%. Si vede dalla figura 3, A, B, C tre tipi di campioni con il tempo di invecchiamento è aumentato con il primo aumentano e riducono quindi, quale un campione dopo 2h dopo l'aumento dell'intensità della luce, seguita da invecchiamento l'intensità della luce ha cominciato a diminuire e B, C i campioni sono stati invecchiati a 32h, intensità luminosa 10h ha cominciato al declino e la tendenza di declino più lento rispetto del campione. E può essere visto a temperatura ambiente 900mA invecchiamento dopo A, B, C tre campioni 350mA sotto l'intensità della luce è stato un massimo e poi ridotto, campioni C ridotto la maggior parte, A volte, valore di intensità luminosa del campione B è ridotto, ma ancora più grande il valore prima di invecchiare. La ragione di questo fenomeno è che il GaN coltivato con il metodo MOCVD ha un accettore parziale Mg che è passivato dalla formazione del complesso Mg-H con H, e il tasso di attivazione di Mg è molto basso, con una concentrazione bassa del foro. Parte del legame Mg-H viene interrotta affinché l'accettore Mg è attivato, in modo che aumenta la concentrazione di foro, la concentrazione in elemento portante può diventare più abbinata, l'efficienza luminosa diventa più alta. D'altra parte, l'invecchiamento provoca la densità dei centri di ricombinazione radiative quali dislocazioni e difetti nel materiale GaN essere abbassato, conseguente a una diminuzione nell'efficienza luminosa e una diminuzione dell'intensità della luce. Questi due meccanismi competono a vicenda. All'inizio di invecchiamento, il meccanismo di attivazione di Mg-accettore domina, così che l'intensità dei tre campioni aumenta con la stessa corrente. Con il processo di invecchiamento, il meccanismo di iperplasia complessa non radiativa centro dominante, così l'invecchiamento ad alta corrente dopo un periodo di tempo dopo i tre campioni sono ridotta intensità della luce. La differenza in luce guasto di tre campioni può essere dovuto al fatto che gli Stati di stress di tre pozzetti quantistica e la conducibilità termica del substrato di supporto non sono le stesse di quelle del centro composto radiative.
Figura 3, 350mA corrente relativa intensità luminosa a 900mA Temperatura di invecchiamento dopo la variazione nel tempo (100% dell'intensità luminosa prima dell'invecchiamento)
Conclusione
I risultati mostrano che la lunghezza d'onda EL del substrato di rame è la più lunga allo stesso attuale, perché la galvanizzazione del dispositivo viene effettuata sul substrato di silicio, substrato di rame e rame-cromo substrato su GaN LED blu. Dopo il trasferimento al substrato di rame, il rilassamento da stress del film epitassiali di GaN è più approfondito. Attraverso l'affinamento di tre differenti substrato LED dispositivi possono essere visto che i principali fattori che influenzano l'affidabilità dei LED possono essere suo stato tensionale. Caratteristiche I-V, L-ho EL spettri dei tre substrati prima e dopo l'invecchiamento e le caratteristiche sono stati studiati. I risultati mostrano che i dispositivi di substrato di rame hanno migliore invecchiamento
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