电子阻挡层和反射层能有效提高氮化物LED光功率

近日，台湾国立成功大学和昆山科技大学合作，在氮化物led的p电极下插入二氧化硅/铝多层结构，器件光功率得到明显提高。这里二氧化硅可以改进有源区的电流扩展，降低电流堆积效应，而铝作为放射镜可以降低p电极对光的吸收，增加蓝宝石衬底边光的提取。他们比较了三个LED(普通型作为参照，二氧化硅阻挡层的LED，以及二氧化硅阻挡层+铝反射镜的LED)，20毫安工作电流下，使用二氧化硅电流阻挡层较传统结构器件功率提高15.7%，而使用二氧化硅阻挡层+铝反射镜，功率则提高了25.8%。

当前多数氮化物LED都是在绝缘的蓝宝石衬底上外延生长的，因此p电极和n电极都在蓝宝石的同侧，这样金属电极，特别是距离有源区近的p电极，都会吸收光而降低了LED光的有效提取。如果通过降低电极厚度来减少对光的吸收，将会引起电流分布不均匀，造成局部高电流密度，产生droop效应，降低了LED的效率。因而电流扩展问题成为目前困扰LED器件效率提高的一个关键所在。

国立成功大学新提出的反射阻挡层结构，即采用二氧化硅阻挡层+铝反射镜，其中铝反射镜对430-480纳米蓝光的反射率达到了91%。这种新结构不但改善了电流扩展，增加光的提取，而且还降低了反向漏电，5V电压下反向漏电流从传统结构的33.2 nA降低到了29.3 nA，这是二氧化硅对表面缺陷的钝化效应引起的。反射阻挡层新结构的一个小缺点是降低了p-GaN和ITO电流扩展层的接触面积，这样会引起LED工作电压稍微提高，20mA电流下，电压从传统结构的3.6V提高到3.7V。

图1：光输出功率/电流对比电压(L-I-V)
(黑色为参考线，红色为正常堵塞，绿色为阻挡加反射后LED性能)

图2：氮化物半导体外延结构图解

图3：顶端为三种LED的电荷耦合器件图形
底端为相应的结构示意图