LED芯片作为LED光源的核心, 其质量直接决定了器件的性能、 寿命等, 因此在内量子效率已达到高水平的情况下, 致力于提高光提取效率是推动LED芯片技术发展的关键一步。 由于蓝宝石衬底具有绝缘特性, 传统LED将N和P电极做在芯片出光面的同一侧, 而芯片出光面上的P电极焊盘金属会遮挡吸收其正下方发光区发出的大部分光而造成光损失, 为改善这一现象并缓解P电极周围的电流拥挤效应, 本文设计制备了在P电极正下方的氧化铟锡（ITO）透明导电层和p-GaN之间插入SiO2薄膜作为电流阻挡层(CBL)的大功率LED, 并与无CBL结构的大功率LED相比较。 对未封装的有无CBL结构的LED在350 mA电流下进行正向偏压, 辐射通量, 主波长等裸芯性能测试, 结果显示两种芯片的正向偏压均集中在3～3.1 V, 而有CBL结构的LED光输出功率有明显提升, 这是因为CBL阻挡了电流在P电极正下方的扩散, 减少流向有源区的电流密度, 故减小了P电极对光的吸收和遮挡, 且电流通过CBL引导至远离P电极的区域, 缓解了电极周围的电流拥挤。 对两种芯片进行相同结构和工艺条件的封装, 并对封装样品进行热特性及10～600 mA的变电流光电特性测试, 得到两种器件的发光光谱及光功率等光学特性。 结果表明随着电流增加, 两种器件的光谱曲线均发生蓝移, 且有CBL结构的LED主波长偏移量较无CBL结构LED少10 nm, 可见有CBL结构的LED光谱受驱动电流变化的影响更小, 因此其显色性能更为稳定。 而在小电流条件下, CBL对器件光功率的影响不大, 随着工作电流的增大, CBL对器件光功率的改善效果逐渐提升。 在大电流条件下, 无CBL结构的LED结温更高, 正向电压更低, 随电流的增大二者之间的电压差增大。 在25 ℃的环境温度, 350 mA工作电流下, 加入CBL结构使器件电压升高约0.04 V, 但器件光功率最高提升了9.96%, 且热阻明显小于无CBL结构器件, 说明有CBL结构LED产热更少。 因此CBL结构大大提高了器件的光提取效率, 并使其光谱漂移更小, 显色性能更为稳定。

国家自然科学基金、河北省自然科学基金、天津市自然科学基金、人社部留学人员科技活动项目择优资助优秀类、河北省计划项目、河北省高校百名优秀创新人才支持计划;

研究对比了InGaN/GaN多量子阱发光二极管中p电极下的不同SiO2电流阻挡层的光电特性。 6种样品被分为3组: 普通表面、表面粗化、表面粗化+边墙腐蚀。每组都有两种结构, 一种具有电流阻挡层, 另一种没有电流阻挡层。每组中, 具有电流阻挡层的LED在20 mA下的正向电压分别为3.156, 3.282, 3.284 V, 略高于不含电流阻挡层的样品(Vf=3.105, 3.205, 3.210 V). 但是, 具有电流阻挡层的LED的光效和光功率要优于无电流阻挡层的器件, 在20 mA下的光功率分别提高了10.20%、12.19%和11.49%。这些性能的提升都要归功于电流阻挡层良好的电流扩展效应, 同时电流阻挡层还可以减小p电极下的寄生光吸收。