γ輻照降低LED效率崩塌效應(yīng)及增強發(fā)光強度的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種γ射線輻照降低LED效率崩塌效應(yīng)及增強發(fā)光強度的方法，該方法在標準大氣壓，普通空氣氛圍下，采用γ射線對LED芯片進行輻照。選擇適當?shù)妮椪談┝?，使輻照后LED內(nèi)In組分起伏增強，In團簇對載流子的束縛能力增加，載流子局域能力增強，因此發(fā)生去局域時電流密度增大，從而降低LED的效率崩塌效應(yīng)，增強大電流密度下的發(fā)光強度。本發(fā)明工藝簡單，操作方便，可大面積使用，與LED復(fù)雜的外延片生長過程和芯片制作過程無關(guān)，因此適于對LED芯片的光學(xué)性能進行改進，以促進InGaN基白光LED的應(yīng)用。
【專利說明】Y輻照降低LED效率崩塌效應(yīng)及增強發(fā)光強度的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及Y射線輻照降低InGaN基LED效率崩塌效應(yīng)及增強發(fā)光強度的方法，通過調(diào)控Y射線輻照劑量，增強大電流密度激發(fā)時LED電致發(fā)光強度，有效降低LED效率崩塌效應(yīng)，屬于光電子和半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]LED具有節(jié)能高效，環(huán)保健康，應(yīng)用靈活，響應(yīng)速度快，抗腐蝕抗沖擊，體積小，壽命長等無與倫比的優(yōu)勢，被譽為第四代照明光源。
[0003]目前，LED已成為半導(dǎo)體照明的核心，但LED在固態(tài)照明中應(yīng)用時需要高的電流密度。理論上高電流密度可以通過增大注入電流值或者減小LED芯片的面積來實現(xiàn)，然而不幸的是，現(xiàn)實中此方法無法實現(xiàn)，因為LED在高電流密度時出現(xiàn)了效率崩塌效應(yīng)。所謂的效率崩塌效應(yīng)是指在大電流密度條件下，LED量子效率會隨著電流密度的增加而下降。效率下降導(dǎo)致LED大功率工作時能量利用率降低，同時產(chǎn)生大量熱量，惡化LED工作特性，增加散熱難度，不利于降低成本，阻礙了 LED在固態(tài)照明等具有大功率需求的應(yīng)用。為了促進LED進入固態(tài)照明市場，必須提高發(fā)光強度、降低效率崩塌效應(yīng)。
[0004]目前降低效率崩塌效應(yīng)的方法主要是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計:采用漸變電子注入層SEI結(jié)構(gòu)或電子阻擋層EBL結(jié)構(gòu)，降低電子漏電流，從而降低效率崩塌效應(yīng)；生長非極化或半極化LED，或者改變勢壘層獲得應(yīng)力匹配的有源層，減小極化電場的影響，從而降低效率崩塌效應(yīng)；在勢壘層或者EBL中P型摻雜，增加空穴注入效率，從而降低效率崩塌效應(yīng)；電極結(jié)構(gòu)優(yōu)化或者襯底剝離技術(shù)改善電流分布，避免電流聚集效應(yīng)，從而降低效率崩塌效應(yīng)；生長納米結(jié)構(gòu)LED，增加有源區(qū)面積，從而降低效率崩塌效應(yīng)，但晶體質(zhì)量有待進一步提高。
[0005]InGaN基LED生長過程中In組分的漲落引起In相分離，富In團簇區(qū)量子阱更淺，相應(yīng)能帶寬度更低，載流子被束縛在這些低帶隙，導(dǎo)致載流子局域化。在低電流密度下，富In團簇束縛住載流子使之遠離位錯缺陷等非輻射復(fù)合中心，輻射復(fù)合率非常高；當載流子濃度增大到一定程度時，富In區(qū)的低能隙被填滿，這時載流子會溢出富In區(qū)而增加了被位錯缺陷等非輻射復(fù)合中心俘獲的概率，亦增加了載流子從量子阱有源區(qū)溢出的概率，這被稱為載流子去局域，會導(dǎo)致LED發(fā)光效率下降現(xiàn)象，即效率崩塌效應(yīng)。因此可以通過增加載流子局域度來降低效率崩塌效應(yīng)，如在外延生長InGaN基綠光LED的量子阱之前用三甲基銦預(yù)處理10s，通過預(yù)處理增加量子阱中In團簇，有效地抑制位錯缺陷俘獲載流子，降低效率崩塌效應(yīng)(可參考文獻Y.J.Lee, Y.C.Chen, C.J.Lee, et al.1EEE Photonics TechnologyLetters.2010, 22 (17): 1279)。、射線輻照后In組分起伏增強，In團簇對載流子的束縛增力口，相應(yīng)的載流子局域能增加(可參考文獻Y.L.Li, X.J.Wang, S.M.He, et al.Journal ofApplied Physics.2012，112 (12): 123515)，因此理論上講Y射線輻照也可以用來降低效率崩塌效應(yīng)。
[0006]經(jīng)試驗表明，Y射線輻照可以降低LED效率崩塌效應(yīng)，同時提高大電流密度下的發(fā)光強度。當Y射線輻照InGaN基LED時，控制、射線輻照的注入能量、劑量，可達到增加載流子局域度和提高大電流密度激發(fā)下LED發(fā)光強度的目的。Y射線輻照后，In團簇束縛能力增強，載流子局域能力增強，載流子去局域?qū)?yīng)的電流密度增大，LED的效率崩塌效應(yīng)被降低，大電流密度下的發(fā)光強度增強。因此，Y射線輻照也是降低LED效率崩塌效應(yīng)和提高發(fā)光強度的有效方式之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種利用Y射線輻照降低InGaN基LED效率崩塌效應(yīng)和增強其大電流密度激發(fā)下發(fā)光強度的方法。本發(fā)明的具體內(nèi)容是:將InGaN基LED芯片置于Y射線輻射源中，輻照劑量小于300Mrad。
[0008]本發(fā)明通過Y射射輻照，使輻照后LED內(nèi)In組分起伏增強，相應(yīng)的載流子局域能增加，In團簇對載流子的束縛能力增加，載流子局域能力增強，因此發(fā)生去局域時電流密度增大，從而降低LED的效率崩塌效應(yīng),增加大電流密度激發(fā)下的發(fā)光強度。
[0009]本發(fā)明工藝簡單，操作方便，可大面積使用，所使用的LED為常規(guī)工藝制作的LED芯片，不涉及復(fù)雜的材料生長和芯片制作過程，不會對LED的電極造成影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1:1nGaN/GaN量子阱LED經(jīng)OMracU 100Mrad、300Mrad Y射線輻照后效率曲線對比。
[0011]圖2:InGaN/GaN量子阱LED經(jīng)OMrad、10Mrad Y射線輻照后的發(fā)光強度對比。

【具體實施方式】
:
[0012]實施例1:
[0013]普通InGaN/GaN量子阱LED芯片，輻照劑量為OMrad，即LED未被Y射線輻照。
[0014]實施例2:
[0015]將與實施例1中同一外延片上的InGaN/GaN量子阱LED芯片置Nord1n C-188水貯式Co-60 Y輻射源中，輻射速率為135.64rad/s，輻照氛圍為I標準大氣壓、普通空氣氛圍，輻照溫度為21°C，濕度為26%，輻照劑量為10Mrad。
[0016]實施例3:
[0017]將與實施例1中同一外延片上的InGaN/GaN量子阱LED芯片置于Nord1n C-188水貯式Co-60 Y輻射源中，輻射速率為135.64rad/s，輻照氛圍為I標準大氣壓、普通空氣氛圍，輻照溫度為21 °C，濕度為26%，Y射線輻照劑量為300 Mrad。
[0018]上述實施例中所得樣品，其測試結(jié)果如下:
[0019]對實施例1中的樣品進行不同電流下的EL測試，得到其效率曲線，結(jié)果參見圖1中方塊所組成的曲線，圖1中橫坐標表示電流強度，縱坐標為歸一化后的量子效率，圖中每一點代表一個電流時的相對量子效率。方塊為未經(jīng)Y射線輻照的LED芯片效率曲線，45mA時量子效率下降率為32%。
[0020]對實施例2中的樣品進行不同電流下的EL測試，得到其效率曲線，結(jié)果參見圖1中圓點所組成的曲線，45mA時量子效率下降率為22%。
[0021]對實施例3中的樣品進行不同電流下的EL測試，得到其效率曲線，結(jié)果參見圖1中三角形所組成的曲線，45mA時量子效率下降率為15%。
[0022]對比Y射線輻照前后LED的量子效率曲線，Y射線輻照減緩了 LED高電流密度下的量子效率下降效率，因此Y射線輻照可以用來降低LED效率崩塌效應(yīng)。
[0023]對實施例1和例2中樣品進行10mA EL測試，結(jié)果參見圖2，圖1中橫坐標表示發(fā)光波長，縱坐標為相對發(fā)光強度，實線為未輻照的LED EL曲線，點線為10Mrad Y射線輻照后EL曲線。經(jīng)測試對比，輻照后LED發(fā)光強度增加，因此Y射線輻照可以用來增強LED發(fā)光強度。
[0024]總的來說，一定劑量的Y射線輻照可以用來降低LED效率崩塌效應(yīng)和增強其發(fā)光強度，改善其光電特性。
[0025]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；凡基于上述基本思路，不脫離本創(chuàng)作精神和范圍內(nèi)所做的各種更動和修飾，都應(yīng)屬于本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.Y輻照降低LED效率崩塌效應(yīng)及增強發(fā)光強度的方法，其特征在于:將InGaN基LED芯片置于Y射線輻照源中，輻照劑量小于300Mrad。
【文檔編號】H01L33/00GK104183676SQ201410403083
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】王興軍, 李玉漣, 張波, 邱維陽, 何素明, 周書同, 羅向東, 翁錢春, 陸衛(wèi) 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所