LED可靠性研究综述

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LED可靠性研究综述
可靠性的定义：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。该定义明确指出评价一个产品的可靠性与规定的条件和规定的工作时间有关，也与规定产品应完成的功能有关。在同一工作条件下，产品处于良好工作状态的时间越长，就说明该产品的可靠性越高。半导体器件可靠性的研究内容主要包括两个方面：
一是评价可靠性水平(如可靠性数学、可靠性试验、可靠性评估等)；
二是如何提高可靠性(如失效分析、失效物理、工艺监控、可靠性设计等)。对于发光二极管来说器件失效的判据包括光输出下降、正向电压上升、漏电流增大到规定的值；开路、短路；无光输出等。大功率LED可靠性指工作环境下大功率LED处于良好工作的时间的长短(alJ为大功率LED的使用寿命)，目前国内外生产大功率LED的公司都以光通量的衰减作为器件可靠性的依据。
影响LED光功率衰退的主要是电流和环境温度，电子器件的失效机理基本上是物理过程或化学过程，而温度可改变许多物理和化学反应的速度。虽然这几年半导体技术得到了很大的发展，但是LED的寿命跟理论计算值10万个小时还是有很大差距，其可靠性的研究引起了广泛的关注。由于LED输入的电能中有相当多的能量转化为热能，这些热量如不及时从器件中导出，必将导致PN结结温过高，使得LED发光效率下降，并使老化加速、寿命缩短、可靠性降低，甚至器件完全失效。因此，很多研究者对LED的寿命测试及退化机理进行了比较深入的研究。A．S．Jordall报道了对数正态分布在LED可靠性中的应用。
Yamakoshi研究了高辐射InGaAsPflnPLED的可靠性。YHasegawa等报道了岛状结构的Si衬底GaAs基LED的位错密度较小，其可靠性较好。日本ElectrotechnicalLaboratory认为缺陷引起的辐射复合中心的减少是光衰的主要原因。DanielL．Barton等f56l在加速电流
老化的过程中发现，LED的失效与金属接触和封装材料的碳化有关。李绪峰的结果显示环氧树脂的性能直接影响LED的可靠性和光输出效果。TakeshiYanagisawa等f511的实验结果表明LED在脉冲电流工作下的寿命是在直流电下工作寿命的2．4倍。
GMeneghesso等发现加高温和大电流于蓝光LED会导致与器件接触的环氧树脂的老化，在器件表面形成一层不透明的物质。
N．Narendran等报道温度效应远远大于短波辐射对LED可靠性的影响，他们还报道了荧光粉的位置不能离芯片太近。郑代顺等人报道，大功率LED的光输出随时间的衰减呈指数规律，缺陷的生长和无辐射复合中心的形成、荧光粉量子效率的降低、静电的冲击、电极性能不稳定以及封装体中各成分之间热膨胀系数失配引起的机械应力都可能导致大功率LED的失效。林亮等人1601报道，随着老化温度的升高，LED的I．V曲线的隧道电流段、扩散电流段以及反向漏电电流均增加，而串联电阻段则变化比较小，他们认为这是位错密度升高和金属杂质沿着螺旋位错聚集及移动的结果。
陈挺等人报道，提高环境温度和增大注入电流都会使结温升高，蓝光峰值波长改变。LanKim等报道了LED列阵的结温和热阻随着输入功率的增大和周围环境温度的升高而增大。TongjunYu等研究了InGaN／GaN紫外LED，认为In组分的增加有利于阻止老化过程中缺陷的形成。S．Sulhkonena等报道了线位错随着驱动电流密度的增大而增大。SheiSC等报道了倒装芯片结构的LED可靠性和抗静电能力更好。
Guangdishenl66等将LED分别在100℃、200。C、300℃下用PECVD长氧化硅钝化层，结果发现在300。C下长钝化层的LED电学性质衰退明显快于另两种样品。尽管有关单一LED器件的老化机理研究很多，但与LED阵列模组相关的可靠性研究却较少。LED实际寿命远远比其理论值低，美国能源之星制订的要求是不低于3．5万小时和2．5万小时两个档次。在日常生活中，也经常会遇到城市LED显示屏、LED路灯等出现部分不亮，或部分显示较暗等现象。为了满足LED在照明领域对高光通量的要求，多数LED相关产品必须使用大量的LED器件，大量的LED排列时，通常形成阵列结构，当阵列中部分LED失效(短路或开路)时，会影响LED阵列的电流分布，导致其它的LED导通电流过大或不足，造成电流分布不均而缩短整个阵列的寿命，与这些LED阵列模组相关的可靠性研究较少，而对此进行研究很有必要和意义。文章来源：www.12hn.com, www.solarstreet-light.com