為什么LED正電極需要二氧化硅阻擋層？

回答：

LED芯片正極如果沒(méi)有二氧化硅阻擋層，芯片會(huì)出現(xiàn)電流分布不均，電流擁擠效應(yīng)，電極燒毀等現(xiàn)象。由于藍(lán)寶石的絕緣性，傳統(tǒng)LED的N和P電極都做在芯片出光面的同一側(cè)，電流需橫向流動(dòng)。此結(jié)構(gòu)的問(wèn)題是摻Mg的P型GaN層電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于N型GaN層，電流橫向流動(dòng)時(shí)的電阻較高，使得電流密度大的區(qū)域主要集中在正電極下方及附近，出現(xiàn)正電極周?chē)娏鲹頂D效應(yīng)，影響LED發(fā)光發(fā)熱均勻性和遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)射的穩(wěn)定性，以及LED的可靠性。

電流擁擠效應(yīng)還會(huì)使得LED局部因?yàn)殡娏髅芏冗^(guò)高出現(xiàn)LED內(nèi)量子效率下降的現(xiàn)象。

而且，金屬電極不透明，會(huì)吸收部分光能量，電極底部有源區(qū)發(fā)光越強(qiáng)，金屬電極吸光作用也會(huì)越強(qiáng)，使得LED的光提取效率降低。

因此在P電極正下方，透明導(dǎo)電層與P-GaN之間設(shè)計(jì)一層絕緣層介質(zhì)（如SiO2）充當(dāng)電流阻擋層（Current Blocking Layer CBL）。如圖所示，電流阻擋層可以阻擋電流直接流向P電極下方，減小了P電極下方及附近有源區(qū)的電流密度，緩解了P電極附近的電流擁擠效應(yīng)，更多的電流將會(huì)擴(kuò)散出去，LED的內(nèi)量子效率及出光效率都將得到提高。

案例分析

某燈具廠家把芯片封裝成燈珠后，做成燈具，在使用一個(gè)月后出現(xiàn)個(gè)別燈珠死燈現(xiàn)象，委托金鑒實(shí)驗(yàn)室查找原因。金鑒實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)操作，確保每一個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)都精準(zhǔn)無(wú)誤地符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

發(fā)現(xiàn)該燈具芯片有漏電、燒電極和掉電極的現(xiàn)象，通過(guò)自主研發(fā)的顯微熱分布測(cè)試儀發(fā)現(xiàn)芯片正負(fù)電極溫差過(guò)大，再經(jīng)過(guò)FIB對(duì)芯片正負(fù)電極切割發(fā)現(xiàn)正極下缺乏二氧化硅阻擋層和正極Al層過(guò)厚。死燈芯片正極金道下沒(méi)有二氧化硅阻擋層，并且正極Al層厚度為負(fù)極的兩倍多，從而造成了正負(fù)極電流不均，電極周?chē)娏鲹頂D效應(yīng)，解釋了芯片負(fù)極暗亮發(fā)熱量大，正極發(fā)熱量小的現(xiàn)象。如下為案例數(shù)據(jù)分析：

1.對(duì)漏電燈珠通電光學(xué)顯微鏡觀察

隨機(jī)取1pc漏電燈珠進(jìn)行化學(xué)開(kāi)封，使用3V/50uA直流電通電測(cè)試，發(fā)現(xiàn)燈珠存在電流分布不均現(xiàn)象，負(fù)極周?chē)炼容^低。

2.對(duì)漏電燈珠顯微紅外觀察

實(shí)驗(yàn)室擁有專(zhuān)業(yè)的芯片測(cè)試設(shè)備和技術(shù)團(tuán)隊(duì)，能夠確保芯片測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性。使用金鑒自主研發(fā)的顯微熱分布測(cè)試儀對(duì)同樣漏電芯片表面溫度進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)芯片正負(fù)電極溫度差距很大，數(shù)據(jù)顯示如圖負(fù)極電極溫度為129.2℃，正極電極溫度為82.0℃。

3.死燈芯片負(fù)極金道FIB切割

工程師對(duì)死燈燈珠芯片靠近負(fù)極電極燒毀位置下方的金道做FIB切割，結(jié)果顯示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射結(jié)構(gòu)，鋁（Al）層與第1層鉻（Cr）層結(jié)合良好。芯片負(fù)極的鋁層厚度約為100nm。

4.死燈芯片正極金道FIB切割

工程師對(duì)死燈燈珠芯片正極金道做FIB切割，結(jié)果顯示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射結(jié)構(gòu)。

• Cr-Al-Cr-Pt層呈現(xiàn)波浪形貌，尤其ITO層呈現(xiàn)波浪形貌，ITO層熔點(diǎn)較低，正極在高溫下，芯片正極ITO-Cr-Al-Cr-Pt層很容易融化脫落，這也是金鑒觀察到前面部分芯片正極脫落的原因。
• 2.芯片正極的鋁層厚度約為251nm，明顯比負(fù)極100nm要厚，而負(fù)極和正極Cr-Al-Cr-Pt-Au是同時(shí)的蒸鍍?yōu)R射工藝，厚度應(yīng)該一致。
• 在芯片正極金道ITO層下，我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)二氧化硅阻擋層。