芯片大小和电极位置对GaN基LED特性的影响

　　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*管（ＬＥＤｓ）和激光二*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*采用Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ结构，ｐ欧姆接触电*用氧化Ｎｉ／Ａｕ透明电*，焊线电*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*在扩展电*中部的对角电*芯片的Ｉ－Ｖ特性基本一样，ｐ焊线电*远离ｎ电*对角电*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*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*，所测Ｉ－Ｖ特性表明，在ｐ焊线电*与ｎ电*的距离差不多时，芯片Ｉ－Ｖ特性与镶嵌结构电*芯片相当。图２（ｂ）ｐ焊线电*远离ｎ电*对角电*芯片相对Ｖｆ较高，这说明ｐ焊线电*下面的电流密度比与ｎ电*等距离的扩展电*下的电流密度大，增加ｐ焊线电*与ｎ电*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*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*远离ｎ电*对角电*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*芯片正常工作电流下光功率较高，说明离ｎ电*近的扩展电*区域下面的电流密度较大，把ｐ焊线电*移到远离ｎ电*区，增加了可透光部分电流，减小了ｐ焊线电*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*的位置有关，ｐ焊线电*远离ｎ电*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*远离ｎ电*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*和对角结构电*芯片的特性测试相互比较没有发现明显差异。

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