摘要：本文采用不同的窗口层生长工艺生长了LED外延片，并详细研究了不同生长工艺对LED可靠性的影响。

    关键词：MOCVD、AlGaInP、高亮度LED、LED可靠性

    1引言

     随着外延技术的发展，特别是金属有机气相外延技术（MOCVD）的日臻完善和技术应用，以及半导体异质结材料和量子阱结构在发光器件中的应用www.cechina.cn，高亮度LED外延材料AlGaInP在九十年代有了突破性的进展，日本东芝公司以及美国HP公司先后研制成坎德拉级AlGaInP高亮度LED【1】，我国在1998年研制成功第一只坎德拉级高亮度橙色LED【2】【3】，河北汇能公司于1999年研制出坎德拉级高亮度红、橙、黄LED，并首先在国内开始产业化生产【4】，2004年OSRAM的发光二极管的效率达到108lm/W(614nm) 【5】。

      尽管LED的寿命很长，但是还没有达到专家预测的1

0万小时，因而研究LED寿命与外延材料结构设计、外延材料生长工艺、与器件制作以及LED封装的关系尤为重要。我们通过对外延材料的生长工艺的优化改进、以及对LED可靠性的测试，进一步分析了LED可靠性与生长工艺的关系。

       2试验设备与测试仪器

       外延材料的生长是在AIXTRON－2600G3设备上进行的，典型的LED生长结构如表1。衬底采用3英寸N+－GaAs衬底CONTROL ENGINEERING China版权所有，晶向(100)偏(111)15°，生长材料采用常规的LED器件工艺，制成230μm×230μm的管芯，最后用环氧树脂封装成Φ5mm的LED，采用自己研制的老化台老化试验。功率测试计采用杭州远方公司生产的LED测试仪器。 
 

表1. 典型的AlGaInP-LED生长结构

       3寿命试验结果与分析

       3.1外延片测试

       我们进行了三批外延材料的生长分析，三批外延材料采用相同的结构，为了进行外延材料的生长工艺与LED可靠性的关系研究，三批外延材料采用了不同的窗口层生长工艺，外延片编号分别为ACE－1、ACE－2和ACE－3，三批外延材料的GaP厚度一样，ACE－1采用低温生长GaP籽晶层，正常生长速率生长GaP；ACE－2同ACE-1的工艺条件基本相同，只是GaP生长速率加倍；ACE－3则采用优化的GaP生长工艺，该外延片的室温PL光谱为633.5nm，波长的平均半高宽为13.3 nm

        3.2寿命试验结果

      我们的试验共选取了三批外延工艺不同的材料，分别封装成Φ5mm的LED灯，进行老化试验，老化条件为室温下、直流50mA，分别编号为ACE－1、ACE－2和ACE－3三组CONTROL ENGINEERING China版权所有，样管ACE-1中的功率在短暂的功率上升后，功率开始缓慢下降；而ACE-2寿命曲线比较奇特，分为三个阶段，开始阶段增长较快，然后功率急速下降，最后功率开始上升，在我们老化的一千多小时内，功率还在增加，这种奇特的功率老化曲线，还未见文献报道；ACE-3则是比较典型发光二极管测试曲线。

       3.3结果分析

      发光二极管的退化主要是缓慢退化www.cechina.cn，包括管芯退化以及环氧树脂的退化，我们的讨论不考虑封装管芯的环氧树脂的退化。管芯的退化主要是有源区内缺陷和位错的繁殖增生控制工程网版权所有，以及有源区外面缺陷和位错的移动。我们的管芯由于有源区的工艺相同，因此影响寿命曲线的主要是有源区外的缺陷和位错的移动。

      在老化初期，三个样品管芯的功率均有不同程度的增加，主要是由于退火效应造成的发光区非辐射复合中心减少。ACE-1的窗口层采用低温生长籽晶层工艺，由于GaP和AlInP的晶格失配，因此在籽晶层会产生大量缺陷，随着老化时间的增加，缺陷和位错的移动，使得LED寿命逐渐衰减。而ACE-2的窗口层由于提高了生长速率