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大功率白光LED的高温老化结果与

大功率白光LED的高温老化结果与讨论

一、光通量的变化

经过 6500h 的高温老化,LED 样品的光通量发生了明显地退化。图 2 显示了光衰的过程。光通量的变化经过了先升后降两个阶段。首先是老化阶段的前 1200 h,LED 的光通量有所增加,最高值达初始值的 103% ; 而后在老化阶段的1200 ~ 3500 h 之间,样品光通量退化速率较快; 3500 h之后,退化速率逐渐趋于平缓。总之,在进入退化阶段后,样品的光通量以近似于指数的形式衰减,如公式 2 所示:

Φ = exp(-αt) ,( 2)其中Φ为归一化光通量,α为衰减系数,t为老化时间。对于这种光通量先上升后缓慢下降的现象,Hu 等已经有过报道,可作如下解释: 开始阶段的老化相当于退火的过程,高温使 p 型受主进一步被激活,提高了空穴浓度,所以电子空穴辐射复合几率增大,增加了光输出。随后,由于芯片中的晶格失配等缺陷进一步增加,它们起到非辐射复合中心和载流子隧穿通道的作用,这是 LED 光衰减的一项重要因素。经过 6500 h 的高温老化后,样品光通量退化幅度已达 28% ~ 33% 。

二、大功率白光LED 的高温老化特性曲线分析

图 3 所示为器件 I-V 特性曲线,由图 3( a) 可以看出,在较高的正向偏压区域的相同电压下,大功率白光 LED 的正向电流随老化时间逐渐降低,说明 LED 的串联电阻在不断增大。引起串联电阻的增加有许多因素,例如引线键合的退化、欧姆接触的退化、Mg 掺杂剂的钝化或者半导体缺陷等。

对比老化前后电极的变化情况,可以看出老化后的 LED 电极有压扁的现象,如图 4 所示。这可能是硅胶的热膨胀系数大于芯片所致。另外,老化后的 LED 电极有部分断裂和局部延展的现象,如图 4( b) 所示,这导致了欧姆接触的退化,进而增加了 LED 的串联电阻。随着串联电阻的增大,消耗在串联电阻上的功率占器件总输入功率的比率也随之增加。消耗在串联电阻上的功率转换成热能耗散掉,对光的产生没有任何贡献,因此串联电阻消耗功率的增加必然会导致大功率白光LED 光效的降低,即在输入功率不变的情况下,器件的光通量减小。

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