半导体发光二极管可靠性研究及热特性分析

摘要

光电子产业是21世纪最受瞩目的高科技领域之一，并已成为衡量国家科技发展水平的重要标志。其中，半导体发光二极管(LED)以其高效、节能、环保、耐用、使用寿命长等特点，引领照明光源的发展趋势，成为官产学研各个领域都极重视的新兴产业。随着LED越来越广泛的应用于生产生活的各个方面，市场对LED可靠性的要求越来越高，同时如何从各个方面全面的评价LED的可靠性也成为生产消费各方共同关注的一个问题。 正是顺应这些需求，本论文主要从以下几方面展开研究工作： 首先，论述了可靠性测试的一些基本概念及发光二极管的失效机理，总结了可靠性测试的基本方法，以及数据分析的理论模型； 其次，对实验室研制的高亮度小功率红光LED和HP公司生产的小功率红光LED进行了温度应力的加速寿命试验及可靠性分析，在90℃，20mA的条件下，经6560小时的老化试验，实验室研制的有无ITO薄膜的两种LED，其光通量下降约25.3％，同时，HP的LED光通量下降约33.3％，外推这三种LED在90℃，20mA下的寿命分别为13706小时，13706小时及10704小时，可以得出实验室研制的LED在可靠性方面要优于HP公司生产的LED。 然后，对5支实验室研制环氧树脂封装的小功率红光LED进行了热过应力测试。在高温条件下，LED各项参数并无明显退化，180℃下全部突然失效。对3组各3支裸装LED进行了130mA、140mA及150mA的电过应力测试，出现电压升高现象，到2.3V以上突然失效。电流越大，电压升高越快。并详尽分析阐述了LED的几种失效机理。 接着，对大功率LED的温高低特性进行了研究，并且在低温条件下在线的测试了LED的相对光强与峰值波长等相关光参数，给出了LED各项性能参数曲线，分析了LED各项参数和温度的变化关系，随着LED结温的升高，LED的光电参数出现正向电压降低、相对光强减小、峰值波长红移等现象。最后分析了参数变化的原因以及对实际应用的影响。 最后介绍了Si衬底GaN基蓝光LED，并对南昌大学研制的Si衬底GaN基小功率蓝光LED进行了光电测试，同时，对Si衬底GaN基蓝光LED进行了在线的高低温特性的测试，得到随着结温的升高，Si衬底GaN基小功率LED的相对光强减小，峰值波长红移，电压降低且变化量大于普通蓝宝石衬底GaN基LED。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1半导体发光二极管的基本原理

1.2发光二极管的发展历史

1.3半导体发光二极管的应用前景

1.4本论文选题的意义

1.5本论文的主要工作内容和成果

第2章可靠性研究方法

2.1可靠性概述

2.1.1可靠性定义

2.1.2可靠度R（t）

2.1.3失效概率刑

2.1.4失效密度f(t)

2.1.5失效率λ(t)

2.2可靠性试验

2.3加速寿命试验

2.3.1加速寿命试验的意义

2.3.2加速寿命试验的理论依据

2.4加速寿命推导模型

2.4.1阿伦纽斯模型

2.4.2逆幂律模型

2.4.3复合应力寿命推导模型

2.6本章小结

第3章高亮度小功率红光LED加速寿命试验

3.1高亮度红光LED的结构与特性

3.2试验样品及试验过程

3.3高亮度红光LED的试验结果

3.4 HP生产的红光小功率LED的试验结果

3.5实验结果的比较分析

3.6本章小结

第4章LED的失效机理分析

4.1LED失效机理的分析

4.2温度和电流的过应力试验

4.2.1温度过应力试验

4.2.2电流过应力试验

4.3本章小结

第5章LED高低温特性分析

5.1测量原理及过程

5.2大功率LED温度特性测试

5.2.1正向电压与温度的关系

5.2.2相对光强与温度的关系

5.3.3峰值波长、谱线半宽与温度的关系

5.3.4色度与温度的关系

5.3温度对LED应用的影响

5.4小功率Si衬底GaN基LED温度特性测试

5.4.1 Si衬底GaN基小功率蓝光LED的发展现状

5.4.2 Si衬底GaN基小功率蓝光LED的性能

5.4.3实验与结果

5.5本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢