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，高亮度LED外延材料AlGaInP在九十年代有了突破性的进展CONTROL ENGINEERING China版权所有，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控制工程网版权所有，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CONTROL ENGINEERING China版权所有，典型的LED生长结构如表1。衬底采用3英寸N+－GaAs衬底，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控制工程网版权所有，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，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，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，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CONTROL ENGINEERING China版权所有，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