发光二极管放电实验现象分析

利用直流电源对发光二极管(LED)的结电容充电,切断直流电源后对LED的电压-时间特性进行测量。当充电电压低于LED复合发光的门槛电压,LED的电压-时间特性与普通二极管的相似。当充电电压高于LED复合发光的门槛电压,首次观察到:开始放电的瞬间会出现一个快速下降过程,快速下降到门槛电压以下;LED上的电压越高,快速下降到的电压越低。对该现象进行分析,得到一些新的结论。当LED的正偏电压高于复合发光的门槛电压后,出现了注入到扩散区的非平衡载流子随正偏电压的提高而减小的现象,即dQ/du<0。     

温度对大功率LED照明系统光电参数的影响

利用板上芯片封装chip-on-board(COB)技术封装大功率LED,比较分析其在不同散热器上的温度变化规律。研究了不同的热平衡温度对大功率LED光通量、电学参数的影响。在实验过程中,光通量、驱动电压、功率和发光效率都呈现出下降的趋势,并且最终稳定在其热平衡值。研究还发现:对于大功率LED照明系统,光通量、驱动电压、发光效率与散热器温度具有线性关系。在电源接通时,随着散热器温度的升高,LED的反向饱和电流迅速升高。通过线性拟合,得到大功率LED照明系统的光通量温度系数、驱动电压温度系数和光效温度系数。     

Si(110)和Si(111)衬底上制备InGaN/GaN蓝光发光二极管

分别在Si(110)和Si(111)衬底上制备了In Ga N/Ga N多量子阱结构蓝光发光二极管(LED)器件.利用高分辨X射线衍射、原子力显微镜、室温拉曼光谱和变温光致发光谱对生长的LED结构进行了结构表征.结果表明,相对于Si(111)上生长LED样品,Si(110)上生长的LED结构晶体质量较好,样品中存在较小的张应力,具有较高的内量子效率.对制备的LED芯片进行光电特性分析测试表明,两种衬底上制备的LED芯片等效串联电阻相差不大,在大电流注入下内量子效率下降较小;但是,相比于Si(111)上制备LED芯片,Si(110)上LED芯片具有较小的开启电压和更优异的发光特性.对LED器件电致发光(EL)发光峰随驱动电流的变化研究发现,由于Si(110)衬底上LED结构中阱层和垒层存在较小的应力/应变而在器件中产生较弱的量子限制斯塔克效应,致使Si(110)上LED芯片EL发光峰随驱动电流的蓝移量更小.     

利用温变电容特性测量发光二极管结温的研究

结区的温度, 简称结温, 是发光二极管(LED) 的重要参数之一, 它对LED 器件的出光效率、光色、器件可靠性和寿命均有很大影响, 准确测量LED 器件的结温对制备LED 芯片、器件封装和应用有着重要的意义. 本文利用反向偏压下的LED的势垒电容随温度变化的特性, 提出了一种LED结温测量的新方法. 论文首先测量和分析了LED在室温下反向偏压时的电容-电压(C-V)曲线和不同反向偏压下的电容-温度(C-T)曲线, 结果表明, 在合适的偏压下, LED的电容随温度的增大而显著增加, 并呈现良好的线性关系. 在LED工作中监测其电容的变化, 并与C-T曲线进行对比, 实现了LED结温的测量, 其测量结果和传统的正向电压法的结果相对比, 两者符合较好. 最后, 利用上述方法测量了LED 在恒流和恒压条件下的结温的实时变化过程. 较传统的结温测量方法, 本方法的优点在于只须要一次定标测量, 且可实现LED在任意电压和电流下的结温测量.     

可见光并行高速通信交织分多址技术研究

商用发光二极管(LED)调制带宽受限制约着可见光通信的传输速率,而灯具内通常有多个LED灯芯,为此提出了通过多个灯芯同时作为通信信源,利用交织分多址技术并行叠加,单一光电检测器(PD)接收的高速传输方案。由于LED驱动电压非负、PD只检测光强信息,为此提出了基于单载波开关键控(OOK)调制的发送传输结构、接收端多LED检测和重复码译码算法;研究了可见光OOK调制的信噪比(SNR)性能估计算法;仿真中,与等条件的多载波直流(DC)偏置光正交频分复用相比较,该方案在误码率(BER)、抗非线性等性能上更优。     

基于自动跟踪LED驱动电压控制电路的创新设计

LED发光二极管在发光时约有80%以上的功率转化成了热能,导致LED发光二极管的PN结温度过高,这是影响LED发光二极管的发光效率与照明功能的主要因素。本文针对上述问题,结合现实情况,设计了一种自动跟踪LED驱动电压的控制电路,从串联稳流单元采样一个电压信号,与本控制电路中的基准电压相比较,产生一个控制信号,去控制所述串联稳流单元前级的开关稳压电源,使它的输出电压随LED灯的工作电压的变化而变化,不增加调整管的功耗。避免了常见的恒压驱动亮度变化大的缺陷,从而大幅度提高LED发光二极管的工作效率,该控制电路结构简单、成本低、损耗小与可靠性高。     

HV LED芯片开创照明高效率时代

正传统DC LED芯片是在大电流低电压下工作,为提升使用电压,一般采用集成封装(COB)结构,即多颗芯片串并联。虽然目前LED照明应用仍然以DC驱动为大宗,但是该技术经由AC/DC转换能源后驱动灯具照明,不仅增加了应用成本,也增加了产品的复杂度,使整体节能效益降低。HV LED直接在芯片级就实现了微晶粒的串并联,使其在低电流高电压下工作,将简化芯片固晶、键合数量,封装成本降低。HV芯片是在单位面积内形成多颗微晶粒集成,避免了芯片间BIN内波长、电压、亮度、跨度     

AlGaInP DH-LED的pn结特性

针对AlGaInP DH-LED的pn结特性进行了理论分析,得出电流密度J与电压V的关系。通过Matlab进行模拟分析,结果表明:当温度(300 K)一定时,在电压较小的情况下,电流密度成直线形式增大;当电压增大到一定值时,电流密度成对数形式增大;当电压过大时,电流密度几乎不增大。随着电压的升高,器件产生焦耳热增多,影响器件的工作特性,最终缩短LED的寿命。综合考虑,最后得出理论上的最佳发光驱动电压范围为2~2.33 V。     

电流拥挤效应与LED器件可靠性分析

对小功率GaN基白光LED的电流拥挤效应进行了研究,发现串联灯组(8只为一组)在经过22 V电压冲击后出现漏电失效现象。通过Pspice软件对串联LED灯组进行模拟,发现与其他样品相比,受损样品承受了更大的电压和功率;对器件加-2 V偏压,利用光发射(EMMI)显微镜对芯片表面不同量级漏电流进行定位分析比较,结果表明漏电流集中在p型扩展电极端点附近。分析认为,电压冲击的破坏路径穿过了LED的量子阱结构,而电流的不均匀分布造成了 p型扩展电极附近的电流拥挤,加剧了pn结的损伤程度,提高电流扩展的均匀性可以有效提高LED的可靠性。最后还对在正向电流-电压区域出现微分负阻特性的器件进行了失效分析。     

蒙特卡罗模拟LED并联电路电流降额特性

利用蒙特卡罗方法对LED并联电路的电流降额特性进行了模拟,假设分档后的大功率白光LED的正向电压(VF)分布符合正态分布,研究了1×n(2≤n≤15)系列LED并联电路电流降额量(IP)的概率(P)分布。模拟结果表明,IP的概率分布函数偏离了正态分布,密度函数曲线最高值点的两侧不对称,左侧较右侧陡峭;随着LED并联数(n)的增加,概率密度函数沿IP增大的方向移动,并且越来越趋近于正态分布。当n一定时,IP随电路中出现LED承载电流超过其额定电流的概率增大而降低,降低的速度由快转慢;当P为0.01%～1%时,IP大约为20%～30%。当P一定时,IP随n的增加而增大;当n6时,IP的增大速度变缓。模拟结果可以推广到m×n阵列化互连大功率LED模组。     

SiN钝化膜对Si衬底GaN基蓝光LED性能影响

利用等离子辅助化学气相沉积(PECVD)系统在垂直结构Si衬底GaN基蓝光LED芯片上生长了SiN钝化膜,并对长有钝化膜及未作钝化处理的LED在不同条件下进行了老化实验,首次研究了SiN钝化膜对垂直结构Si衬底GaN基蓝光LED可靠性的影响。实验发现:经过30mA、85℃、24h条件老化后,未作钝化处理的Si衬底GaN基蓝光LED的平均光衰为11.41%,而长有SiN钝化膜的LED平均光衰为6.06%,SiN钝化膜有效地改善了LED在各种老化条件下的光衰,另外,SiN钝化膜缓解了Si衬底GaN基蓝光LED老化过程中反向电压(Vr)的下降,但对老化后LED的抗静电击穿能力(ESD)没有明显的影响。     

深能级对GaAs1-xPxLED老化过程的影响

用深能级瞬态谱(DLTS)研究了GaAs1-xPx LED在正向电压,I=100mA(J=250A/cm2)大电流下老化750小时左右的过程中深能级浓度、深度、俘获截面的变化。GaAs1-xPx LED中存在三个电子能级:△En1=(0.19±0.01)eV;△En2=(0.20±0.01)eV;△En3=(0.40±0.01)eV。发现老化之后△En1与△En2的能级密度变小,而△En3的能级宽度却有所增大。同时测量了它们的发光光谱、光通,C-V特性和I-V特性。讨论了深能级在GaAs1-xPx LED老化过程中对发光效率与退化特性的影响。认为△En1与△En2对GaAs1-xPx LED的发光效率与退化特性无影响,而△En3是限制GaAs1-xPx LED发光效率和退化特性的有效复合中心。     

电极结构优化对大功率GaN基发光二极管性能的影响

在台面结构的GaN基发光二极管(LED)里，电流要侧向传输，当尺寸与电流密度加大之后，由于n型GaN层和下限制层的横向电阻不能忽略，造成了横向电流分布不均匀.通过优化电极结构，以减小电流横向传输距离，制作出两种不同电极结构的大功率GaN基倒装LED.通过比较这两种不同电极结构的GaN基倒装大功率LED的电、光性能，发现在350mA正向电流下，插指电极结构的倒装大功率GaN基LED的正向电压为3.35V，比环形插指电极结构的倒装大功率GaN基LED高0.15V.尽管环形插指电极结构GaN基LED的发光面积略小于插指电极结构GaN基LED，但在大电流下，环形插指电极结构倒装GaN基LED的光输出功率比插指电极结构的倒装大功率LED的光输出功率大.并且在大电流下，环形插指电极结构的倒装大功率LED光输出功率饱和速度慢，而插指电极结构的倒装大功率LED光输出功率饱和明显.这说明优化电极结构能提高电流扩展均匀性，减小焦耳热的产生，改善GaN基LED的性能.     

量子阱数变化对InGaN/GaN发光二极管瞬态响应的影响（英文）

理论上研究了当InGaN发光二极管(LED)有源区的量子阱数变化时,LED的大信号瞬态响应特性与这种变化的关系。结果来自于LED等效电路模型的SPICE模拟,模型参数的确定通过拟合已测量的LED的实验数据及模拟结果来实现。结果表明,LED光脉冲的上升时间随量子阱数的增加而增加,由3个量子阱构成的有源区是LED的优化结构。     

太阳能LED路灯智能控制系统电力控制与负载驱动

实现了太阳能LED路灯综合控制系统中太阳能逆变、蓄电池充电、LED照明组件驱动子系统控制方案与电路设计,并对相关技术进行了分析。逆变子系统采用DC/DC升压与DC/AC逆变分段控制,DC/DC段采用最大功率跟踪(MPPT)稳定输出直流,DC/AC段采用电压外环电流内环控制并结合无功功率检测反馈和电流前馈控制的综合控制技术。蓄电池充电子系统采用分段充电策略与控制技术来保证电池组充分充电,避免蓄电池被过充以确保蓄电池能够长周期稳定工作。最后通过对各种白光LED驱动方案的比较,确定了白光LED最佳驱动方案为恒电流驱动脉宽调制(PWM)控制亮度。     

注入电流对绿光高压LED光电特性的影响

设计并制备了12 V的GaN基绿光高压发光二极管(LED),并对其进行了变电流测试。研究了绿光高压LED的正向电压、峰值波长、光功率以及光效等重要参数随注入电流的变化关系,电流变化范围为3~50mA,测试温度为25℃。实验结果表明:电流对绿光高压LED的光电特性有很大影响。在驱动电流为20 mA时,对应电压为14 V。随着注入电流的增大,峰值波长蓝移了2 nm。随着电流的增大,光功率近似于线性增加。在注入电流从3 mA增大到20 mA的过程中,光效降低了约61%;在注入电流从20 mA增大到50 mA的过程中,光效降低了约39%。这说明高压LED在大电流驱动时,光效降低的幅度比较缓慢。上述结果对GaN基绿光高压LED的改进优化具有一定的参考价值。     

辐射与发光 发光与发光器件

TN312.8 2006031822白光LED的加速老化特性=Characteristics of the acceler-ated aging white LEDs[刊,中]/林亮(北京大学物理学院,人工微结构与介观物理国家重点实验室.北京(100871)) ,陈志忠…∥发光学报.—2005 ,26(5) .—617-621对两组GaN基白光发光二极管(LED)进行了对比温度加速老化实验,环境温度分别是80 ,100 ℃。随着老化温度的升高,电流-电压(I-V)曲线的隧道电流段、扩散电流以及反向漏电电流段均增加,而串联电阻段则变化较小,这是位错密度升高和金属杂质沿着螺旋位错聚集及移动的结果;电容-电压(C-V)曲线中反向偏压下电…     

大功率GaN基发光二极管等效串联电阻的功率耗散及其对发光效率的影响

由于自加热效应的存在，大功率GaN基发光二极管(LED)的芯片温度有可能高出环境温度很多，实验中，芯片温度超出环境高达147 K.从实验测量的大功率LED电流电压特性曲线中，将p-n结和等效串联电阻上的电压降落分离出来，得到了大功率LED等效串联电阻随芯片温度的变化情况.在输入电功率自加热效应的影响下，大功率GaN基LED等效串联电阻呈现出剧烈的变化，其阻值由低输入功率时的1.2 Ω降低到0.9 Ω,然后再升高到1.9 Ω，等效串联电阻的功率耗散在输入功率中所占的比例也随着输入功率的增加迅速增加，最高时接     

量子阱数变化对InGaN/GaN发光二极管瞬态响应的影响

理论上研究了当InGaN发光二极管(LED)有源区的量子阱数变化时,LED的大信号瞬态响应特性与这种变化的关系.结果来自于LED等效电路模型的SPICE模拟,模型参数的确定通过拟合已测量的LED的实验数据及模拟结果来实现.结果表明,LED光脉冲的上升时间随量子阱数的增加而增加,由3个量子阱构成的有源区是LED的优化结构.     

LED安全工作电流与光谱色纯度最佳匹配的实验研究

本文介绍了一个找出发光二极管LED在实际应用中如何使它的外加的安全工作电流(或电压)值与其彩色发光光谱能够进行最佳匹配的综合性物理实验的设计思想和实验方法,并以蓝光LED为例,对其伏安特性、发光光谱的峰值波长、主波长、半峰宽度、色纯度等物理量进行了实际测量和计算,涉及到电学、光学、色度学等多个学科领域,综合各方面数据进行了比较分析,找出了这些量之间的最佳匹配区域,对LED的使用具有很好的辅助作用。