大功率白光LED的應(yīng)用及其可靠性研究

　　對(duì)可靠性的研究不能只停留在數(shù)據(jù)的測(cè)量和壽命的推算上，重要的是利用有效數(shù)據(jù)進(jìn)行失效機(jī)理的分析。器件的失效分為早期失效，偶然失效，耗損失效三個(gè)階段，服從浴盆分布曲線。如圖1所示：

　　對(duì)于早期的突然失效分析，根據(jù)半導(dǎo)體器件的性能特點(diǎn)，早期失效階段的失效率較高，但失效率隨時(shí)間的增加而下降。器件的失效是由一種或幾種具有普遍性的原因所造成的，對(duì)不同品種，不同工藝的器件，這一階段的延續(xù)時(shí)間和失效比例是不同的。嚴(yán)格工藝操作和對(duì)原材料、半成品和成品的檢驗(yàn)，可減少這階段的失效。進(jìn)行合理的篩選可以盡可能的在交付使用前把早期失效的器件篩選掉，可使出廠的器件的失效率達(dá)到或者接近偶然失效水平。

　　根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)于LED器件來說，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)其早期失效機(jī)理的分析還是很少的，但由于LED器件的成本較高，并且早期失效占有較大比例，對(duì)這方面的分析應(yīng)該引起人們的重視。G.Cassanelli對(duì)大功率白光LED的早期突然失效進(jìn)行了試驗(yàn)分析，認(rèn)為電極Ag與封裝材料中的硫磺反應(yīng)生成Ag2S，從而增大電阻以至完全開路造成器件的失效。從可靠性的一般觀點(diǎn)認(rèn)為，在LED器件中觀察到的大部分失效機(jī)制都是在光通量和電參數(shù)隨著時(shí)間持續(xù)的衰減時(shí)所分析出的結(jié)果，通常對(duì)失效模型和機(jī)制的研究需要很長(zhǎng)的時(shí)間。目前關(guān)于白光LED的失效機(jī)理主要分為以下幾個(gè)方面：

（1）封裝材料的退化。

　　高溫時(shí)，封裝材料的出光效率衰減很快。Meneghesso等人觀察到了大電流下封裝材料的退化現(xiàn)象。

　?。?）歐姆接觸退化。

　　Meneghesso等人對(duì)LED進(jìn)行大DC電流條件老化，觀察到IV特性的退化，認(rèn)為這是由于p型歐姆接觸在大電流和高溫下退化，使得串聯(lián)電阻增加所致。

　　（3）熒光粉退化。

　　實(shí)現(xiàn)白光的途徑有很多種，目前使用最為普遍，也是最為成熟的是通過在藍(lán)光芯片上涂敷發(fā)黃光的熒光粉，使藍(lán)光和黃光混合成白光。對(duì)熒光粉的穩(wěn)定性，文獻(xiàn)中說法不一。

　　（4）金屬電遷移。

　　P型電極金屬會(huì)沿著缺陷到達(dá)PN結(jié)區(qū)形成歐姆通路，造成結(jié)區(qū)特性退化。

　?。?）能級(jí)缺陷增加。

　　在高溫條件下，能級(jí)缺陷會(huì)快速增殖和繁衍，直至侵入發(fā)光區(qū)，形成大量的非輻射復(fù)合中心，嚴(yán)重降低器件的發(fā)光效率。

　　（6）靜電的破壞。

　　靜電會(huì)引起PN結(jié)區(qū)短路、短路，或在結(jié)區(qū)形成結(jié)構(gòu)缺陷，使得漏電流增大。不同的LED器件有其不同的失效機(jī)理。那么對(duì)于大功率白光LED可靠性的研究應(yīng)該在借鑒其他LED器件，前人成果的基礎(chǔ)上，并且針對(duì)白光LED的特點(diǎn)進(jìn)行。目前，商用的大功率白光LED器件都是采用寬禁帶GaN材料，制作出發(fā)藍(lán)光芯片，然后利用光轉(zhuǎn)化材料，如：熒光粉，藍(lán)光與經(jīng)熒光粉轉(zhuǎn)化的黃光，合成白光。因此，在充分了解白光LED芯片材料和結(jié)構(gòu)的前提下，才能更好的開展可靠性工作。針對(duì)其他類型的LED器件的可靠性分析有些已經(jīng)不適應(yīng)白光LED。例如，對(duì)老化后的芯片進(jìn)行解理，觀察等，對(duì)白光就不合適，因?yàn)榘坠饫锏乃{(lán)光芯片上涂有熒光粉，無法進(jìn)行微觀的失效機(jī)理的觀察。目前對(duì)大功率白光LED的可靠性分析，可分為兩大部分：藍(lán)光芯片的可靠性分析及熒光粉的可靠性分析，但是它們又不是獨(dú)立的，而是相互聯(lián)系的。