新型LED結(jié)構(gòu)可抑制發(fā)光效率的下降,德國歐司朗光電半導(dǎo)體（OSRAM Opto Semiconductors GmbH）開發(fā)出了新型LED結(jié)構(gòu)“UX:3”。該公司表示，該結(jié)構(gòu)不僅能夠大幅提高藍(lán)色LED等GaN類LED的外部量子效率，而且還可大幅抑制LED在通過大電流時(shí)發(fā)光效率下降的公認(rèn)課題。通過減少不伴隨發(fā)光的非放射再結(jié)合——“俄歇復(fù)合”，可抑制發(fā)光效率的下降。日前，記者就抑制效果及今后該如何應(yīng)用UX:3等問題，采訪了歐司朗光電半導(dǎo)體應(yīng)用工程工程師前川慶介和該公司市場(chǎng)營銷副經(jīng)理Glenn-Yves Plaine。
記者：UX:3在LED芯片內(nèi)部嵌入n型接觸電極，通過貫通孔與n型GaN類半導(dǎo)體層進(jìn)行電連接。為何采用這種電極配置或結(jié)構(gòu)，便可減少俄歇復(fù)合？
歐司朗：俄歇復(fù)合在流過LED活性層的電流密度越高時(shí)就越顯著。UX:3的結(jié)構(gòu)具有可降低電流密度的效果，從而減少了俄歇復(fù)合。
以前，藍(lán)色LED芯片采用的“ThinGaN”技術(shù)是在芯片表面設(shè)置n型接觸電極。具體來說，就是在芯片四端中的一端設(shè)置用于從外部進(jìn)行電氣連接的焊盤，并使連接該焊盤的電極線（格柵）圍繞在芯片表面上，由此使電流流過整個(gè)芯片。而實(shí)際上電流并非均一流過芯片表面，在芯片表面上，越是接近焊盤及格柵之處，流過的電流就越大，因此出現(xiàn)了電流密度高的局部區(qū)域（圖1左）。這是因?yàn)椋嚯x焊盤越遠(yuǎn)，格柵布線電阻的影響就越大。寧波信息網(wǎng) （www.c3618.cn）隨著投入芯片的電流加大，這一傾向會(huì)不斷增強(qiáng)，從而使發(fā)光效率的下降趨于明顯。其原因就在于電流密度高的區(qū)域出現(xiàn)了顯著的俄歇復(fù)合現(xiàn)象。
UX:3在LED芯片內(nèi)部設(shè)置了向芯片表面內(nèi)擴(kuò)展的n型接觸層。從該n型接觸層起，通過數(shù)十個(gè)通孔（芯片尺寸為1mm見方時(shí)），向芯片表面上的n型GaN類半導(dǎo)層進(jìn)行電氣連接。這樣一來，便可在芯片表面內(nèi)使電壓均一施加到n型GaN類半導(dǎo)體層。由于消除了電流密度局布較高的部分，因此可大幅減少俄歇復(fù)合顯著的區(qū)域。
由于在芯片內(nèi)部設(shè)置了n型接觸層，因此活性層向芯片外部的發(fā)光不會(huì)再受到阻擋。這樣便獲得了75～80％的高光提取效率。
記者：除了改變n型接觸層的配置及形狀之外，是否還采取了其他措施？
歐司朗：還加厚了作為發(fā)光部分的活性層。俄歇復(fù)合的發(fā)生概率與載流子密度的3次方成比例，因此，降低載流子密度的話，便可減少俄歇復(fù)合的發(fā)生。通過加厚活性層，降低了載流子密度?；钚詫硬⒎呛?jiǎn)單加厚，而是對(duì)摻雜量等進(jìn)行了優(yōu)化。
記者：發(fā)光特性可得到多大程度的提高？
歐司朗：采用UX:3的藍(lán)色LED芯片，其光輸出功率在芯片為1mm見方的情況下投入350mA電流時(shí)比ThinGaN大約高10％。投入電流越多，UX:3和ThinGaN的差距就越大。使用這種藍(lán)色LED芯片的白色LED，其發(fā)光效率可達(dá)到136lm/W。
順向電壓（VF）只有100mV多。可以說，這也是發(fā)光效率得以提高的主要原因之一。
記者：制造工序會(huì)有多大程度的改變？設(shè)置通孔的話，成品率是否會(huì)大幅下降？
歐司朗：由于增加了設(shè)置通孔的工序，因此制造工序會(huì)有所增加。但各個(gè)制造工序并非特殊工序，只需利用以往的制造工藝進(jìn)行優(yōu)化即可。通孔深度不過數(shù)百nm，深寬比較小，因此不會(huì)給成品率帶來多大影響。
記者：請(qǐng)談一下今后的應(yīng)用計(jì)劃。
歐司朗：UX:3將作為ThinGaN的進(jìn)化版，從投入大電流的高端藍(lán)色LED、白色LED及綠色LED開始采用。首先將推出手機(jī)攝像頭閃光燈使用的產(chǎn)品，并于2010年內(nèi)發(fā)布面向普通照明用途的產(chǎn)品（圖2）。目前打算在1mm見方的大尺寸芯片上采用UX:3，不過在技術(shù)成熟后，還有可能在標(biāo)準(zhǔn)尺寸的芯片上使用UX:3。