摘 要：以GaN 基藍光L ED 芯片為基礎(chǔ)光源制備了大功率藍光L ED ,并通過熒光粉轉(zhuǎn)換的方法制備了白光L ED。對大功率藍光和白光L ED 進行了壽命試驗,并對其失效機理進行了分析。結(jié)果表明,大功率L ED 的光輸出隨時間的衰減呈指數(shù)規(guī)律,缺陷的生長和無輻射復(fù)合中心的形成,熒光粉量子效率的降低,靜電的沖擊,電極性能不穩(wěn)定,以及封裝體中各成分之間熱膨脹系數(shù)失配引起的機械應(yīng)力都可能導(dǎo)致大功率L ED 的失效。

    關(guān)鍵詞：大功率；藍光led ；白光led ；壽命試驗；失效機理

    1、引言自1968 年利用氮摻雜工藝使GaAsP 紅色發(fā)光二極管(L ED) 的發(fā)光效率達到1 lm/ W 以來,LED的研究得到迅速發(fā)展。1985 年,采用液相外延法,使得Al GaAs LED 的發(fā)光強度首次突破1 cd[1 ] 。

    20世紀90 年代初對于InGaAlP 四元系材料的研究,不僅大大提高了L ED 的效率,還將高亮度L ED 的光譜從紅光擴展到黃光和黃綠光[2～4 ] 。90 年代中期,Nakamura 等[5 ,6 ] 采用MOCVD 方法成功地制備出高亮度InGaN/ Al GaN 雙異質(zhì)結(jié)藍光LED 和InGaN 量子阱結(jié)構(gòu)紫外LED。GaN 基藍光LED 的出現(xiàn)及其效率的迅速提高,使LED 得以形成三基色完備的發(fā)光體系,并使白光L ED 的研制成為可能。實現(xiàn)白光LED 的技術(shù)途徑主要有兩條:一是采用紅、綠、藍三基色混合生成白光,二是通過熒光粉轉(zhuǎn)換的方法實現(xiàn)白光,目前以后者居多[ 7～11 ] 。

    隨著白光L ED 的功率和效率的不斷提高,LED 正在從指示和顯示領(lǐng)域向照明領(lǐng)域邁進,并將成為繼白熾燈、熒光燈之后的第三代照明光源。雖然大功率白光L ED 是當前的研究熱點,但用于照明還存在發(fā)光效率不夠高,空間色度均勻性較差,以及成本高等問題。此外,雖然L ED 是公認的高可靠性半導(dǎo)體產(chǎn)品,但是關(guān)于大功率發(fā)光二極管的壽命測試數(shù)據(jù)的報道仍顯不足。本文研究了熒光粉轉(zhuǎn)換GaN 基大功率白光L ED 的光輸出隨時間的衰減特性,并對老化過程中L ED 的失效情況進行了初步分析。另外,為了避免熒光粉對L ED 光輸出衰減特性的影響,對大功率藍光L ED 進行了老化試驗,分析了大功率藍光L ED 的失效機理。

    2、實驗采用熒光粉轉(zhuǎn)換實現(xiàn)白光的方法,以峰值波長為450～470 nm 的GaN 基LED 發(fā)射的藍光為基礎(chǔ)光源,其中一部分藍光透過熒光粉發(fā)射出來,另一部分激發(fā)熒光粉,使熒光粉發(fā)出峰值為560～580 nm的黃綠色光,透出的藍光與熒光粉發(fā)出的黃綠色光組成白光。采用不同廠家制造的商用GaN 基大功率藍色發(fā)光芯片分別制備了四組大功率白光LED ,用自己設(shè)計制作的老化試驗裝置對其進行了壽命試驗。為了排除熒光粉對L ED 光輸出衰減特性的影響,分別采用與第三、四組白光LED 同批次的芯片制備了大功率藍色發(fā)光二極管。最后采用防靜電保護措施對大功率led 的壽命試驗進行了改進。表1 給出了大功率led 的壽命試驗條件。大功率LED 的電學(xué)和光學(xué)特性測試是通過L ED 專用測試系統(tǒng)———PMS - 50 紫外2可見2近紅外光譜分析系統(tǒng)進行的,該分析系統(tǒng)的光度測試準確度為一級,色溫誤差為±0. 3 %。