概述

近幾年，隨著固體照明技術(shù)的發(fā)展，LED照明在業(yè)內(nèi)掀起了一股熱浪，由于這種固體光源較之傳統(tǒng)照明技術(shù)具有高效、節(jié)能、長(zhǎng)壽命、小體積、易維護(hù)、綠色環(huán)保、使用安全、可在各種惡劣環(huán)境下工作等領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，所以被公認(rèn)為是未來照明光源之首選。隨著GaN基LED器件制作技術(shù)的日益成熟，GaN基LED芯片被越來越廣泛的應(yīng)用到人們的日常生活中，已普及到手機(jī)等各種便攜電子產(chǎn)品背光源、交通燈及顯示標(biāo)志、汽車用燈、戶內(nèi)外全彩顯示屏、白光照明、城市夜景照明等諸多領(lǐng)域。因此，人們對(duì)LED芯片的穩(wěn)定性的要求也越來越高。尤其是2008年北京奧運(yùn)工程又為L(zhǎng)ED芯片提供了一個(gè)大展身手的舞臺(tái)。但前提是要保證器件的穩(wěn)定性。近幾年人們已經(jīng)從以前盲目的宣傳LED壽命可達(dá)數(shù)萬小時(shí)的誤區(qū)中走了出來，開始清醒的認(rèn)識(shí)LED芯片的壽命問題，隨之而來的是對(duì)LED芯片壽命的置疑，包括各大LED芯片生產(chǎn)商在內(nèi)，芯片壽命成了困擾他們的一個(gè)主要問題。原美國AXT公司經(jīng)過多年研究，成功研制生產(chǎn)出GaN基藍(lán)、綠光發(fā)光二極管，并從產(chǎn)業(yè)化的角度，對(duì)其均勻性重復(fù)性進(jìn)行了認(rèn)真的探討和研究，建立了穩(wěn)定的研究隊(duì)伍，發(fā)表論文多篇，在世界各地獲取了多項(xiàng)發(fā)明專利。目前己掌握了 GaN基藍(lán)、綠光發(fā)光二極管制備的關(guān)鍵技術(shù)，而且用于生產(chǎn)氮化物藍(lán)、綠光發(fā)光二極管的生產(chǎn)設(shè)備及配套技術(shù)已經(jīng)成熟，產(chǎn)品已投放市場(chǎng)，他們的技術(shù)優(yōu)勢(shì)之一就是芯片具有優(yōu)越的穩(wěn)定性。生產(chǎn)線移植到大連后，原AXT的絕大部分技術(shù)骨干和高級(jí)管理人員應(yīng)聘于大連路明集團(tuán)，經(jīng)過緊張的調(diào)試，迅速恢復(fù)了原AXT在美國的生產(chǎn)工藝和技術(shù)水平，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，并憑借其優(yōu)越的壽命性能，結(jié)合成本優(yōu)勢(shì)，大力度擴(kuò)展產(chǎn)品在全球中高端應(yīng)用領(lǐng)域的使用，例如交通信號(hào)燈，大型顯示屏和白光照明等領(lǐng)域。考慮到本公司的芯片一向以穩(wěn)定性而著稱，本文就試圖根據(jù)多年的LED芯片制作經(jīng)驗(yàn)從其制造的各個(gè)階段淺析一下影響芯片穩(wěn)定性的一些因素，以供大家討論。

1、外延的影響

外延片生長(zhǎng)技術(shù)是發(fā)光二極管技術(shù)的精髓所在。眾所周知，GaN與其襯底藍(lán)寶石的晶格失配度相當(dāng)大，所以在藍(lán)寶石上生長(zhǎng)GaN容易造成大量的晶格缺陷，而這些缺陷過多就會(huì)造成p-n結(jié)發(fā)生隧道擊穿，從而大大降低器件抗靜電能力【1】，容易導(dǎo)致器件失效，所以人們都在尋求各種方法減少這些缺陷的形成。從根本上來講，這是減少芯片失效率、增進(jìn)穩(wěn)定性最本質(zhì)的辦法，但由于GaN與其襯底藍(lán)寶石的晶格失配的不可改變性，人們只能對(duì)其在一定程度內(nèi)加以控制，并不能徹底消除。路美芯片的前身——原美國AXT光電公司就對(duì)此有良好的經(jīng)驗(yàn)。他們通過在生長(zhǎng)In GaN層之前先長(zhǎng)3層緩沖層來減少晶格失配。第一層是InGaN層，它能提供一個(gè)較好的表面擴(kuò)散系數(shù)，但它與GaN的晶格失配更加嚴(yán)重，所以要加入一層過渡層；第二層是AlGaN，就是起從InGaN到GaN的過渡作用的；第三層是GaN，它為高質(zhì)量的InGaN的生長(zhǎng)提供了基礎(chǔ)。這項(xiàng)技術(shù)已獲得美國專利【2】。它在保證亮度和電壓的同時(shí)，能夠有很好的穩(wěn)定性。不斷的改進(jìn)外延生長(zhǎng)條件，增強(qiáng)外延片的抗靜電能力，這就是我們的芯片具有優(yōu)越穩(wěn)定性的前提條件。

2、芯片圖形結(jié)構(gòu)的影響

在LED芯片的制作過程中，要想得到光電性能良好的芯片，首要條件就是有一個(gè)合理的圖形設(shè)計(jì)，因?yàn)樗鼪Q定了電流擴(kuò)展的情況，只有均勻擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)才有著良好的穩(wěn)定性。電流的均勻擴(kuò)展能夠避免對(duì)局部注入的電流相對(duì)過大而使那一點(diǎn)處的結(jié)溫局部過高致使p-n結(jié)燒毀，這對(duì)于工作電流較高的功率型芯片尤為重要。因此，要想得到好的穩(wěn)定性就要先有一個(gè)合理的圖形結(jié)構(gòu)。

圖1 不同圖形結(jié)構(gòu)示意圖