GaN基LED芯片可靠性优化技术探究

解鹏涛

摘 要：在目前传统的GaN发光二极管中，因为发光部产生的热量无法得到有效的释放直接导致热量出现不断累加的情况致使LED芯片出现了严重的恶化。文章主要探讨了GaN基LED具体芯片自身可靠性优化技术的相应研究，分别讲述了具体的研究方案以及实验结果等内容。

关键词：GaN；LED芯片；可靠性；优化技术；研究

文章主要讲述了侧壁具有较强导热保护层的GaN基LED结构，这种结构能够实现侧壁出现表面钝化，最终改变整个器件具有的发热特性，利用较高电流对各种绝缘材料自身的保护层以及LED开展老化的相应实验，综合分析输出功率随时间变化存在的各种关系并实施侧壁保护针对LED具体可靠性的相应研究。同时最终的实验结果证明GaN基发光二极管自身功率速度变化仍然比较缓慢，并且证明AlON材料保护层的LED具体的光输出功率发生的老化现象比较缓慢，这种保护层有助于提升LED芯片具有的可靠性。主要是由于AlON这一材料自身具有较强的导热性，同时能够有效的促进LED热量的实际疏散。与此同時这种材料具有较强的钝化作用，能够有效的减少LED自身的悬挂键，能够有效的提升器件自身具有的可靠性。

1 研究方案

1.1 结构模型

文章主要针对发光芯片在整个侧面位置出现导热性较强的保护膜能够有效传导存在的热量并不断降低边缘出现的局部高温，同时利用表面钝化有效减少出现的悬挂键。其中制定的GaN基LED具体结构示意图如图1所示。

图1 含侧壁保护层LED基本结构示意图

文章具体的研究方案：首先，制定没有保护层的GaN基LED，同时进行相应可靠性的具体测试。其次，在传统结构的基础之上建立保护层并进行相应的可靠性分析。

1.2 LED基本制作工艺

文章主要在传统LED基本结构的侧壁位置形成相应的保护层，从而不断改善器件自身具有的可靠性。同时，首先需要制造的就是具有传统结构的LED基本器件。在实际的研究过程中，利用垂直结构Si作为衬底GaN基蓝光LED芯片，具体的结构如图2所示。

图2 传统LED基本结构

因为直接制作GaN非常困难，因此，GaN基LED一般都会利用Si作为基本的衬底，这对于整个GaN基LED基本结构会造成一定的不利影响。所以，想要提升自身具有的可靠性，部分厂家将LED自身的外延材料最终转移到一些高导热的相应衬底中，常用的衬底材料就是Si衬底。结合以往LED基本结构进行相应的分析，这种芯片的重要散热通道就是“芯片、黏结构以及基板。”

2 实验结构以及相应的分析

为了能够达到基本传导热量的作用，需要选择导热性比较强的材料成为基本的保护层，利用导热性以及导电性都比较强的材料。但是，在实际的研究中想要改变器件基本性能需要导热层能够基本满足导热的相应要求具有一定的导热性能。与此同时还应该满足绝缘的基本要求，否则很容易会出现器件之间的短路。所以，保护层具体的材料需要从导热性比较强的各种绝缘材料中进行选择。选择保护层材料尽量需要选择透光性比较好的相应材料，需要满足制作工艺基本的研究，并充分考虑相应的成本。需要对大量的材料进行相应的比较，最后进行综合考虑并选择最合适的相应材料。表1列出了几种典型材料具有的热导率。

表1 热导率列表

其中，铝、铜等金属材料具有比较高的热导率，但是并不适用于导热膜。如果在实际的LED具体侧壁中形成相应的金属膜，就像一面镜子一样阻挡光实际的出射，最终会导致LED自身的出光特性造成一定影响。同时，需要特别注意的是金属自身具有的导电性非常强，非常容易会导致器件之间的短路，想要有效的保证金属不会出现任何的短路情况，需要对金属膜进行相应的控制，同时对工艺具有的基本精准性提出更多的要求，实际操作比较困难，并不适合成为保护层。环氧树脂等高分子材料自身的绝缘性能比较强，同时化学腐蚀性比较强，自身的热导率比较低，同样不适合成为保护层。氧化铝等各种高导热绝缘次材料，相比之下比较容易成为保护膜的基本材料。这种材料能够同时满足导热性以及相应绝缘性的基本要求，同时这种耐高温的化合物可以适当选择相应的沉积工艺形成，形成保护层能够与器件利用基本的沉积工艺完成并不需要利用任何附加的工艺，这种工艺制作比较简单，所以将氧化铝等各种金属化合物作为基本的保护膜材料具有较好的效果。利用实验测试以及相应的对比最终得出结论，导热性能以及粘附性能都比较好的AlON保护膜基本的LED自身的可靠性能比较强，同时在LED的位置设置相应的AlON保护膜能够抑制整个器件自身功能的衰减，同时有效提升整个器件自身具有的可靠性。

3 结束语

综上所述，文章主要针对GaN基LED具体有缘层自身的散热问题进行相应的研究与分析，同时设计了保护膜LED的基本结构，证明 LED自身具有的可靠性。通过文章的研究，与以往的LED技术进行相应的比较，得出AlON保护膜基本的LED自身的可靠性能比较强。

参考文献

[1]姚光庆，冯艳娥，段洁菲，等.氮化镓发光二级管蓝光转换材料的合成和发光性质[J].物理化学学报，2011，19（3）：226-229.

[2]翁斌斌，秦丽菲，黄瑾，等.非平面化型ITO氮化镓基蓝光发光二极管[J].半导体光电，2010，28（6）：774-777.

[3]王晓晖，刘祥林，陆大成，等.MOVPE 生长 InGaN/GaN 单量子阱绿光LED[J].高技术通讯，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.