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。