随着科学技术的水平的提高,GaN基LED因为其性能好,发光效率高,寿命长且节能环保等优点,正在逐步进入百姓的生活中,并成为不可缺少的一部分。由于荧光粉对LED器件的可靠性有不利影响,而且易污染不环保,所以无荧光粉高品质白光LED因为其显色指数高,色温低,蓝光少,且无污染等优点逐渐成为半导体照明行业的主流。但是黄光GaN基LED的光效是阻碍这一技术应用的最大问题,在2019年,江风益团队已成功地使峰值波长为565 nm、电流密度为20A/cm2时的Si衬底GaN基黄光LED的光效达到了 26.7%。黄光LED作为全光谱白光LED的重要组成部分,如果其可靠性达不到一定的标准,依然不能商业化生产。但是,由于黄光LED的发展较晚,国际上对黄光LED的可靠性研究分析较少。因此,本课题针对GaN基黄光LED的光电性能和可靠性进行了研究,主要有以下研究成果。1.研究了 InGaN/GaN超晶格准备层的生长温度对Si衬底GaN基黄光LED光电性能和老化性能的影响。研究发现准备层生长温度较高的样品外量子效率高于准备层生长温度较低的样品。500mA电流下老化1000小时后,准备层生长温度较高的样品的光衰相对更大。老化前后的样品在100K的电致发光光谱显示高温生长的样品老化后的空穴注入途径发生变化;老化后光衰大的样品非辐射复合中心增加的程度更明显,荧光显微镜观察到两个样品老化前均出现大量暗斑,高温样品的颜色更深更黑,低温样品颜色则相对较浅且呈红色。老化后高温样品的暗斑数量有所增加,而低温样品暗斑数量变化不大,可能是导致超晶格温度高的样品光衰更大的原因之一。2.对GaN基黄光LED的cap层的生长时间进行调整,研究了不同的阱后cap层厚度对Si衬底GaN基黄光LED光电性能和老化性能的影响。在小电流密度下,cap层相对较厚的样品B的EQE相对较小,而在大电流密度下,样品B的EQE 比样品A大。这是因为在小电流密度下,样品B的cap层比较厚其局域态密度更低,非辐射复合几率增加,因此表现出较低的发光效率。在大电流密度下,cap层相对较厚的样品B因为其较好的阱垒界面和较高的量子阱质量,对载流子限制作用更强,使发光效率更高。在相同电流密度下,cap层相对较薄的样品A的半峰宽比cap层厚的样品B的半峰宽大,可能是因为样品A量子阱界面的相对模糊使得量子阱在宽度上不均匀造成的。老化1000小时后,cap层相对较厚的样品B其光衰最大,可能是因为样品B的cap层相对较厚,且小电流密度下注入芯片的载流子更容易在缺陷处被捕获,或通过隧道电流路径泄露,以至于其缺陷更多,SRH非辐射复合更严重,导致更大的效率下降。3.通过改变老化方式进行加速老化实验研究了 Si衬底GaN基黄光LED的老化机理,用光分布仪表征了老化后两个样品的芯片电流扩展的情况,发现老化电流较大的样品B其远离芯片电极的部分发光更弱。造成这种情况的原因可能是老化电流过大,电流发生拥堵,电极部分区域被灼伤,以至于光分布性能变差。另外,老化24小时后两组样品的EQE均下降比较明显,而且常规老化方式下的样品A的老化温度相对较高,缺陷被热激活,SRH非辐射复合几率变大,,辐射复合降低,以至于样品A的效率衰减更为严重,EQE下降更多。三个样品的反向漏电流均随着测试温度及反向电压的升高而增大,但是在常温下样品B的反向漏电流最大。这是因为样品B的老化电流比样品A更大,更易使其缺陷中心的势垒倾斜,进而使载流子从缺陷中心逃逸从而造成更大的漏电流。靠近中间位置的芯片质量比边缘位置的芯片质量好,光衰相对较小。这是因为在外延生长中,在平台边缘处,材料的应力得到缓解,使In组分更容易并入,使得平台边缘处的In组分相对较高,使阱垒界面变差,晶体质量变差。