电极与LED芯片稳定性探讨

背景情况

　　随着固体照明技术的发展，LED照明在业内掀起了一股热浪，作为实现全彩色不可或缺的GaN基LED芯片更是被越来越广泛的应用到人们的日常生活中。LED有很多优点：1、高效、节能；2、长寿命、小体积、易维护；3、绿色环保、使用安全；4、可在各种恶劣环境下工作等。

应用市场

　　包括显示屏、交通信号灯﹑路标、高亮度车用灯、LCD背光源、High power、白光、装饰灯、城市夜景照明、警灯等。

芯片稳定性问题的提出

电极对LED芯片稳定性的影响

　　大连路美芯片有限公司系大连路明科技集团并购原美国AXT光电公司而成，原AXT的产品就以优良的稳定性而著称。外延片生长技术是发光二极管技术的精髓所在。原AXT光电公司在外延生长方面拥有多项专利，所生产的外延片性能优越,这是制作具有良好稳定性芯片的前提，这些专利现已转移给路明集团。原AXT公司的绝大部分技术骨干和高级管理人员应聘于大连路美公司，其专利和技术也归路美所有，因此大连路美秉承了原AXT的产品优势，所产芯片也有着良好的稳定性。凭着从事LED芯片工艺多年的经验，本文将主要分析一下电极对LED芯片稳定性的影响。

　　为了提高器件稳定性，我们从外延到工艺做了大量研究和实验，发现电极的形状、位置和制备工艺对芯片稳定性有着巨大的影响。这里所说的电极既包括作为打线盘的pad，又包括作为欧姆接触的透明电极。这种影响主要存在于：

　　1、电极形状位置对电流分布和传输的影响；

　　2、电极的组分及制备工艺的影响。

　　电极形状的影响

　　有人用小功率芯片研究了图形对器件稳定性的影响。研究表明：减少电极到各个角落的距离有助于改善电流分布,降低电压,提高芯片的寿命

人们经过对比实验，发现左图中的两种芯片图形1000小时光衰(b)比(a)小约10％

电极位置的影响

　　还有人对电极的位置所造成的电流分布进行了分析，发现不同的电极位置会使电流传输的均匀性相差12％(左图不均匀性为5％,右图为17％)。而电流传输的不均匀会使正向电压偏高，同时比较容易造成局部击穿而使器件失效。

电极对功率型芯片的影响

　　众所周知，由于功率型器件发热量极大,所以它对电流的分布有着更苛刻的要求，对电极形状不同而引起的电流分布差异也更加敏感。电流分布不均匀会使得局部电流过大而导致局部漏电，对器件寿命构成隐患。而电极位置不同会导致正向电压的升高，也会引起电流分布的不均匀从而影响器件寿命。

　　我们在改善电流分布方面的设计使得我们的芯片有着比较均匀的电流传输，这是我们芯片具备良好稳定性的重要因素之一。

　　我们的工作：对比分析了多种器件图形结构,使电流分布尽量均匀，尤其是我们的P3芯片的树状结构(见下图），经大量实验表明，能有效改善电流分布,从而减少体漏电的发生，使稳定性得以提高，相关设计也在美国获得了发明专利。

功率型产品P3芯片图形结构

电流分布均匀性

通过用小电流（刚刚足够亮的电流即可）电亮芯片，可以粗略的看出电流分布是否均匀，见下图

我们也尝试了其他图形作为对比，如下面的两种图形，结果表明做成器件后，图形A比图形B的正向电压要高出0.2V。

蓝色柱条为图形A的1008h电压变化情况； 绛紫色柱条为图形B的1008h电压变化情况

透明电极组分的影响

　　透明电极具有传输电流和出光双重作用,所以透明电极的制备质量对LED芯片电压和亮度的稳定性有着巨大的影响。

　　我们采用小功率型的芯片实验了四种不同的电极组分，并对他们都进行了寿命实验，条件为：TO封装、室温、100mA电流驱动、结果发现其光衰可相差15％(可参见下图)！电极组分对小功率芯片的寿命影响尚且如此巨大，对功率型芯片的寿命影响则更加严重。

。

P3 在小电流下电亮的情形