摘要：以GaN基蓝光LED芯片为基础光源制备了大功率蓝光LED,并通过荧光粉转换的方法制备了白光LED。对大功率蓝光和白光LED进行了寿命试验,并对其失效机理进行了分析。结果表明,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。

　　关键词：大功率；蓝光LED；白光LED；寿命试验；失效机理1、引言自1968年利用氮掺杂工艺使GaAsP红色发光二极管(LED)的发光效率达到1lm/W以来,LED的研究得到迅速发展。1985年,采用液相外延法,使得AlGaAsLED的发光强度首次突破1cd[1]。20世纪90年代初对于InGaAlP四元系材料的研究,不仅大大提高了LED的效率,还将高亮度LED的光谱从红光扩展到黄光和黄绿光[2～4]。90年代中期,Nakamura等[5,6]采用MOCVD方法成功地制备出高亮度InGaN/AlGaN双异质结蓝光LED和InGaN量子阱结构紫外LED。GaN基蓝光LED的出现及其效率的迅速提高,使LED得以形成三基色完备的发光体系,并使白光LED的研制成为可能。实现白光LED的技术途径主要有两条:一是采用红、绿、蓝三基色混合生成白光,二是通过荧光粉转换的方法实现白光,目前以后者居多[7～11]。

　　随着白光LED的功率和效率的不断提高,LED正在从指示和显示领域向照明领域迈进,并将成为继白炽灯、荧光灯之后的第三代照明光源。虽然大功率白光LED是当前的研究热点,但用于照明还存在发光效率不够高,空间色度均匀性较差,以及成本高等问题。此外,虽然LED是公认的高可靠性半导体产品,但是关于大功率发光二极管的寿命测试数据的报道仍显不足。本文研究了荧光粉转换GaN基大功率白光LED的光输出随时间的衰减特性,并对老化过程中LED的失效情况进行了初步分析。另外,为了避免荧光粉对LED光输出衰减特性的影响,对大功率蓝光LED进行了老化试验,分析了大功率蓝光LED的失效机理。

　　2、实验采用荧光粉转换实现白光的方法,以峰值波长为450～470nm的GaN基LED发射的蓝光为基础光源,其中一部分蓝光透过荧光粉发射出来,另一部分激发荧光粉,使荧光粉发出峰值为560～580nm的黄绿色光,透出的蓝光与荧光粉发出的黄绿色光组成白光。采用不同厂家制造的商用GaN基大功率蓝色发光芯片分别制备了四组大功率白光LED,用自己设计制作的老化试验装置对其进行了寿命试验。为了排除荧光粉对LED光输出衰减特性的影响,分别采用与第三、四组白光LED同批次的芯片制备了大功率蓝色发光二极管。后采用防静电保护措施对大功率LED的寿命试验进行了改进。表1给出了大功率LED的寿命试验条件。大功率LED的电学和光学特性测试是通过LED专用测试系统———PMS-50紫外2可见2近红外光谱分析系统进行的,该分析系统的光度测试准确度为一级,色温误差为±0.3%。