为什么LED芯片正电极要插入二氧化硅电流阻挡层，而负极没有？

 

为什么LED正电极需要二氧化硅阻挡层？

 

回答：

 

LED芯片正极如果没有二氧化硅阻挡层，芯片会出现电流分布不均，电流拥挤效应，电极烧毁等现象。由于蓝宝石的绝缘性，传统LED的N和P电极都做在芯片出光面的同一侧，电流需横向流动。此结构的问题是掺Mg的P型GaN层电导率远低于N型GaN层，电流横向流动时的电阻较高，使得电流密度大的区域主要集中在正电极下方及附近，出现正电极周围电流拥挤效应，影响LED发光发热均匀性和远场发射的稳定性，以及LED的可靠性。

 

电流拥挤效应还会使得LED局部因为电流密度过高出现LED内量子效率下降的现象。

 

而且，金属电极不透明，会吸收部分光能量，电极底部有源区发光越强，金属电极吸光作用也会越强，使得LED的光提取效率降低。

因此在P电极正下方，透明导电层与P-GaN之间设计一层绝缘层介质（如SiO2）充当电流阻挡层（Current Blocking Layer CBL）。如图所示，电流阻挡层可以阻挡电流直接流向P电极下方，减小了P电极下方及附近有源区的电流密度，缓解了P电极附近的电流拥挤效应，更多的电流将会扩散出去，LED的内量子效率及出光效率都将得到提高。

 

 

案例分析

 

某灯具厂家把芯片封装成灯珠后，做成灯具，在使用一个月后出现个别灯珠死灯现象，委托金鉴实验室查找原因。金鉴实验室在进行试验时，严格遵循相关标准操作，确保每一个测试环节都精准无误地符合标准要求。

 

发现该灯具芯片有漏电、烧电极和掉电极的现象，通过自主研发的显微热分布测试仪发现芯片正负电极温差过大，再经过FIB对芯片正负电极切割发现正极下缺乏二氧化硅阻挡层和正极Al层过厚。死灯芯片正极金道下没有二氧化硅阻挡层，并且正极Al层厚度为负极的两倍多，从而造成了正负极电流不均，电极周围电流拥挤效应，解释了芯片负极暗亮发热量大，正极发热量小的现象。如下为案例数据分析：

 

1.对漏电灯珠通电光学显微镜观察

 

随机取1pc漏电灯珠进行化学开封，使用3V/50uA直流电通电测试，发现灯珠存在电流分布不均现象，负极周围亮度较低。

 

 

 

2.对漏电灯珠显微红外观察

 

实验室拥有专业的芯片测试设备和技术团队，能够确保芯片测试的准确性和可靠性。使用金鉴自主研发的显微热分布测试仪对同样漏电芯片表面温度进行测量，发现芯片正负电极温度差距很大，数据显示如图负极电极温度为129.2℃，正极电极温度为82.0℃。

 

 

 

3.死灯芯片负极金道FIB切割

 

工程师对死灯灯珠芯片靠近负极电极烧毁位置下方的金道做FIB切割，结果显示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射结构，铝（Al）层与第1层铬（Cr）层结合良好。芯片负极的铝层厚度约为100nm。

 

 

 

4.死灯芯片正极金道FIB切割

 

工程师对死灯灯珠芯片正极金道做FIB切割，结果显示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射结构。

 

• Cr-Al-Cr-Pt层呈现波浪形貌，尤其ITO层呈现波浪形貌，ITO层熔点较低，正极在高温下，芯片正极ITO-Cr-Al-Cr-Pt层很容易融化脱落，这也是金鉴观察到前面部分芯片正极脱落的原因。
• 2.芯片正极的铝层厚度约为251nm，明显比负极100nm要厚，而负极和正极Cr-Al-Cr-Pt-Au是同时的蒸镀溅射工艺，厚度应该一致。
• 在芯片正极金道ITO层下，我们没有发现二氧化硅阻挡层。