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电子阻挡层和反射层能有效提高氮化物LED光功率

2011-08-24 10:16
Hsiao Chen
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        近日,台湾国立成功大学和昆山科技大学合作,在氮化物LED的p电极下插入二氧化硅/铝多层结构,器件光功率得到明显提高。这里二氧化硅可以改进有源区的电流扩展,降低电流堆积效应,而铝作为放射镜可以降低p电极对光的吸收,增加蓝宝石衬底边光的提取。他们比较了三个LED(普通型作为参照,二氧化硅阻挡层的LED,以及二氧化硅阻挡层+铝反射镜的LED),20毫安工作电流下,使用二氧化硅电流阻挡层较传统结构器件功率提高15.7%,而使用二氧化硅阻挡层+铝反射镜,功率则提高了25.8%。

  当前多数氮化物LED都是在绝缘的蓝宝石衬底上外延生长的,因此p电极和n电极都在蓝宝石的同侧,这样金属电极,特别是距离有源区近的p电极,都会吸收光而降低了LED光的有效提取。如果通过降低电极厚度来减少对光的吸收,将会引起电流分布不均匀,造成局部高电流密度,产生droop效应,降低了LED的效率。因而电流扩展问题成为目前困扰LED器件效率提高的一个关键所在。

  国立成功大学新提出的反射阻挡层结构,即采用二氧化硅阻挡层+铝反射镜,其中铝反射镜对430-480纳米蓝光的反射率达到了91%。这种新结构不但改善了电流扩展,增加光的提取,而且还降低了反向漏电,5V电压下反向漏电流从传统结构的33.2 nA降低到了29.3 nA,这是二氧化硅对表面缺陷的钝化效应引起的。反射阻挡层新结构的一个小缺点是降低了p-GaN和ITO电流扩展层的接触面积,这样会引起LED工作电压稍微提高,20mA电流下,电压从传统结构的3.6V提高到3.7V。


图1:光输出功率/电流对比电压(L-I-V)(黑色为参考线,红色为正常堵塞,绿色为阻挡加反射后LED性能)


图2:氮化物半导体外延结构图解


图3:顶端为三种LED的电荷耦合器件图形
底端为相应的结构示意图

 

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