GaN基正装LED芯片具有比较成熟的技术，一直也是芯片厂商的主流产品。但是GaN基正装芯片也存在着一些不可避免的缺陷，并且有些缺陷直接影响了LED功率、光照强度和稳定性。

1）GaN基LED的效率问题仍是阻碍其快速发展的主要瓶颈

①传统的GaN基LED一般采用GaN和InGaN分别作为势垒层和势阱层材料，但由于自发极化和压电极化效应的影响［16～19］，引起高内建电场，导致能带弯曲、倾斜，量子阱内的电子和空穴的波函数在空间上发生分离［20］，形成量子限制斯塔克效应（Quantum-Confined Stark Effect，QCSE）［21］，使LED的发光波长和发光效率都受到限制。

②目前在高电流下，LED存在着所谓的Efficiency Droop现象［22，23］，即在正向电流不断增大的情况下，LED的EQE先随着电流的增大而增大，当EQE达到最大值之后，则出现急剧下降的现象。

2）蓝宝石衬底的不足

通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有许多优点：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟，器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题。

①由于（In）GaN薄膜与常用的蓝宝石衬底（C轴）之间存在较大的晶格失配（16%）和热膨胀系数失配（26%），这些失配导致基材料外延层中存在着很大的应变和高密度的穿透位错（108～1010cm－2）［24］。这些电学位错不仅可以作为漏电流的主要输运路径，还是载流子的有效非辐射复合中心，严重限制了GaN基LED的电学和光学特性。应变累积到一定程度，就是说外延GaN厚到一程度，会导致外延层出现裂纹。

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图4-2　电流拥挤效应示意图

②由于蓝宝石不能导电，欧姆接触的p型电极和n型电极只能在外延片表面的同一侧（见图4-1a）。由于n型GaN层和下限制层的掺杂浓度不能太高，导致n型GaN层的横向电阻远比p型欧姆接触层的电阻大，PN结电流不均匀，使得靠近n型电极的台面边缘电流密度大于靠近p型电极焊盘的地方，导致产生了电流拥挤效应（见图4-2）［25］。这会导致台面边缘局部区域产生过多焦耳热，热量不能有效扩散，致使器件的结温比较高，影响LED发光光效；另外，局部区域电流密度大，使得金属的电迁移在该局部比较严重，加速了器件退化。此外，电流拥挤效应会随着器件老化而更加严重，形成恶性循环，最终使得器件失效。

③蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从400μm减到100μm左右），造成制造成本的增加。

④热导率比较低，造成芯片热阻较高，严重影响了LED芯片的散热过程，特别是对大功率LED更是一个严峻的挑战。

3）反向漏电流高

传统蓝宝石衬底LED的反向漏电流比理论预测值高出几个量级，在长期高功率工作模式下会引起严重的可靠性和永久退化等问题，逐渐成为限制GaN基LED整体性能的重要因素。

总的来说，芯片的电学、光学性能稳定性较差、功率也较小，制约了芯片向大尺寸、大功率方向发展。