发布时间:2008-09-01阅读:1123
GaN基半导体材料近年来被广泛用于制造短波长的光电器件,如发光二极管(LEDs)和激光二极管(LDs)。目前有关GaN材料生长报道和文献较多,有关芯片制造方面有少量报道还仅局限在GaN的刻蚀和欧姆接触,具体到工程设计方面的技术报道很少。本文研究讨论了芯片版图设计对GaN基LED性能的影响,可为针对不同性能要求选择芯片版图提供参考。
1 实验
我们使用的材料为用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长的蓝色GaN基LED外延片,外延片为多量子阱结构。芯片制造中,n欧姆接触电极采用Ti/Al/Ti/Au结构,p欧姆接触电极用氧化Ni/Au透明电极,焊线电极为Ti/Au用一致性很好的外延片一划为四,分别制作成如图1(a)所示的400μm×500μm的镶嵌结构版图、如图1(b)所示的350μm×350μm的镶嵌结构版图和如图2所示的两种350μm×350μm对角版图。芯片特性测试样品取圆片中心、划开后四分之一片位于直角顶点处的芯片,测试仪器是台湾长裕公司生产的T620型测试仪。
2 结果与讨论
我们对四种版图的芯片分别测试了I-V特性和P-I特性,图3是各种版图芯片的I-V特性曲线,图4是各种版图芯片的P-I特性曲线。
从图3所示的I-V特性可以看出,在20mA以下,两种尺寸镶嵌结构版图芯片和p焊线电极在扩展电极中部的对角电极芯片的I-V特性基本一样,p焊线电极远离n电极对角电极芯片在相同电流下正向压降Vf比其他几种芯片要高。虽然图1(a)版图扩展电极的面积大,对减小p型欧姆接触电阻有利,但增加了电流运输的距离,可能使体电阻增加,两种效果冲抵使得芯片的I-V特性与尺寸小一些的图1(b)版图芯片相似。图2(a)采用对角电极,所测I-V特性表明,在p焊线电极与n电极的距离差不多时,芯片I-V特性与镶嵌结构电极芯片相当。图2(b)p焊线电极远离n电极对角电极芯片相对Vf较高,这说明p焊线电极下面的电流密度比与n电极等距离的扩展电极下的电流密度大,增加p焊线电极与n电极的距离,使芯片等效体电阻变大,Vf升高。
图4所示的各种版图芯片的P-I特性表明,在20mA以下,各种GaN基LED芯片的P-I特性均为线形,两种尺寸镶嵌结构版图芯片和图2(a)对角电极芯片在30mA以内的P-I特性基本一样,当电流变大,尺寸大的芯片光功率要大于尺寸小的芯片。图2(b)p焊线电极远离n电极对角电极芯片时,在正常工作电流(〈30mA)下光功率较高,但大电流下功率饱和较快。GaN基LED在20mA以下P-I特性为线形关系,光功率与电流密度无关,仅取决于有效电流,虽然芯片面积不一样,但通的电流一样,发光效率一样,光功率差不多,大尺寸的芯片由于相同电流下电流密度小,在大电流下工作有一定的优势。图2(b)版图对角电极芯片正常工作电流下光功率较高,说明离n电极近的扩展电极区域下面的电流密度较大,把p焊线电极移到远离n电极区,增加了可透光部分电流,减小了p焊线电极下会吸光区的电流。在大电流条件下,一方面电流密度大易饱和,另一方面由于等效体电阻大,大电流相对发热快,发光功率更容易饱和。
3 结论
文章研究表明,GaN基LED芯片在20mA以下的I-V特性和P-I特性与尺寸大小关系不大,但与电极的位置有关,p焊线电极远离n电极的芯片20mA下的光输出功率高,正向压降也高。在大电流下,p焊线电极远离n电极的芯片很容易饱和,芯片尺寸大的芯片大电流性能要好一些。镶嵌结构电极和对角结构电极芯片的特性测试相互比较没有发现明显差异。