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大，从而导致能带倾斜更大，因此载流子复合时释放光子的能量降低，表现为EL波长更长。因此，老化前后EL谱中压焊在硅基板上的A样品波长最短，C样品次之，B样品最长，且B样品和C样品非常接近。图2还反映了老化前后从小电流到大电流下B样品的波长红移最大，这可能与以下几个方面有关，一方面结温升高使得GaN禁带宽度变小引起波长红移，另一方面由于B样品应力松弛最彻底，因此B样品量子阱受到的压应力最大，所以B样品多量子阱区的极化效应最强，极化效应产生强的内建电场，此电场导致显著的量子限制斯塔克(Stark)效应，引起发光波长的红移。

图2三种样品900mA常温老化168h前后的EL谱图[(a1)~(a3)]及老化前后三种样品波长随电流的变化关系[(b1)~(b3)]

功率-电流(L-I)关系分析

图3是350mA电流下各样品相对光强随老化时间的变化关系，三种样品都以老化前的光强为100%。从图3中可以看到，A，B，C三种样品光强都随老化时间的增加而先增大后减小，其中以A样品在老化2h后光强增加最多，随后随着老化的进行光强就开始减小了，而B，C样品分别在老化了32h，10h光强才开始下降，并且下降的趋势比A样品慢。而且可看出在常温900mA老化后A，B，C三种样品350mA下光强都经过一个最大值然后减小，C样品减小最多，A次之，B样品的光强值虽在减小，但仍然比老化前的值大。此现象的原因为：MOCVD方法生长的GaN有部分受主Mg由于与H形成Mg-H复合体而钝化，Mg的激活率很低，导致空穴浓度较低，在大电流老化中，有部分Mg-H键被打断而使受主Mg被激活，从而空穴浓度增加，可能载流子浓度变得更加匹配，发光效率变高。另一方面，老化使GaN材料中位错、缺陷等非辐射复合中心密度升高，从而发光效率降低，光强下降。这两种机制相互竞争，在老化初期，Mg受主激活机制占主导，因此同等电流下三种样品光强都增加，随着老化的进行，位错、缺陷等非辐射复合中心增生机制逐渐占主导，因此大电流老化一段时间后三种样品光强都减小。三种样品光衰的快慢不同可能是因为三种样品量子阱的应力状态及支撑基板热导率不一样造成非辐射复合中心增生的程度不一样引起的。

图3、350mA电流下相对光强随常温900mA老化后随时间的变化关系(以老化前光强为100%)

结论

通过对硅衬底上外延生长的、转移到硅基板、铜基板和铜铬基板GaN基蓝光LED进行对比老化研究，研究结果表明，在同等电流下铜基板的器件EL波长最长，是因为电镀转移到铜基板后GaN外延膜的应力松弛更彻底。通过对三种不同基板LED器件的老化可知影响LED可靠性的主要因素可能是其应力状态。研究了三种基板LED老化前后的I-V特性、L-I特性以及EL光谱，对比得知铜基板器件具有更好的老化性能。

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关键词： 硅衬底 蓝光LED