电流主动导引结构倒装AlGaInP LED

设计并制备了一种带有电流导引结构的新型倒装AlGaInP LED。实验结果表明,在20mA直流电流注入下,器件的电压为2.19V,输出光功率与普通倒装器件相比提高了17.33%。通过电流导引结构,使得器件注入电流被主动引导到电极以外部分,有效增大了上电极以外部分有源区中用于发光的有效载流子数目的比例,同时减轻了电流密度过大现象,大大提高了器件的出光效率。     

结温与热阻制约大功率LED发展

LED结温高低直接影响到LED出光效率、器件寿命、可靠性、发射波长等。保持LED结温往允许的范围内,是大功率LED芯片制备、器件封装和器件应用等每个环节都必须重点研究的关键因素,尤其是LED器件封装和器件应用设计必须着重解决的核心问题。首先介绍pn结结温对LED器什性能的影响,接着分析大功率LED结温与器件热阻的关系．基于对器件热阻的分析,得出了结温与热阻已经制约大功率LED进一步向更大功率发展的结论,并提出了如下两个观点：1．要在保持低成本和自然散热方式下提高LED器件的功率,根本的出路是提高光转换效率;2．在日前没有提高光转换效率的情况下,发展超过5W的大功率器件对工程应肘没有实质意义。     

板式脉动热管用于LED散热研究

随着LED输入功率的不断提高,大耗散功率带来的高发热量及要求高的出光效率给LED散热提出了更高的要求。脉动热管与常规的散热技术相比,具有高效、结构简单、传热性能好等优点。本文主要通过板式脉动热管对大功率LED散热实验,对热管壁面温度及LED发光强度随时间的变化特征进行了研究。实验结果分析表明:板式脉动热管对各功率LED都会产生非常显著的冷却效果。随着LED功率的增大,脉动热管的启动时间逐渐减短,热阻也呈下降趋势。在理论方面,通过建立LED板式脉动热管水冷理论模型,发现板式脉动热管的热阻是影响LED结温高低的重要因素。     

AlGaInP大功率发光二极管发光效率与结温的关系

目前,AlGaInP大功率发光二极管(LED)存在的主要问题是大电流工作时发热严重,主要是由于电流扩展不均匀、出光面电极对光子的阻挡和吸收以及器件材料与空气折射率之间的差距引起的全反射现象,这些因素造成大功率LED出光受到限制、发光效率低、亮度不高.提出了一种复合电流扩展层和复合分布式布拉格反射层(DBR)的新型结构LED,使得注入电流在有源区充分地扩散,同时提高了常规单DBR对光子的反射率.结果显示,这种新型结构LED比常规结构LED的性能得到了很大的提升,350 mA注入电流下两者的输出光功率分别为4 关键词： 复合电流扩展层 复合分布式布拉格反射层 出光效率 结温     

辐射与发光 发光与发光器件

TN312．8 2006064817 GaN基功率型LED芯片散热性能测试与分析=Thermal dispersion of GaN-based power LEDs[刊,中]/钱可元(清华大学深圳研究生院半导体照明实验室。广东,深圳(518055)),郑代顺…//半导体光电．—2006,27(3)．—236—239与正装LED相比,倒装焊芯片技术在功率型LED的散热方面具有潜在的优势。对各种正装和倒装焊功率型     

GaN基纳米阵列LED器件制备及发光特性

为了降低GaN材料中因应变诱导的量子斯托克斯效应,增加器件有源区内的电子-空穴波函数在实空间的交叠从而提高GaN基LEDs的发光效率,采用紫外软压印技术制备了均匀的周期性纳米柱阵列结构,结合常规LED器件微加工技术获得了In GaN/GaN基蓝光与绿光纳米阵列LED器件并对其进行了表征分析。结果表明:纳米柱阵列LED器件具有均匀的发光和稳定的光电性能。纳米结构不仅有效缓解了量子阱中的应力积累(弛豫度~70%),提高了器件的辐射复合几率和出光效率,同时结合纳米柱侧壁的化学钝化处理进一步降低了器件有源区的缺陷密度,显著降低了LED器件的漏电流(~10-7),最终提高了器件的发光效率。     

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.     

基于开缝基板的大功率LED散热性能研究

为了实现大功率多芯片LED的芯片直装散热(COH)封装的高效散热,提出了一种开缝基板的新型散热结构,并运用Icepak仿真软件模拟分析了在自然对流下不同缝间距对结温、热阻、流场分布和换热特性的影响。结果表明,开缝基板能有效改善流场分布,提高表面换热系数,增加散热性能。在传导和对流的双重作用下,存在最佳缝间距使结温和热阻最低,输入功率为1 W时,结温和热阻分别降低3.2K和1.01K/W。随芯片输入功率的增加,开缝基板的散热效果愈发明显。同时,开缝基板的提出也节省了器件封装成本。     

新型AlGaInP系发光二极管饱和特性与寿命的研究

针对AlGaInP系发光二极管(LED)电极阻挡出光、衬底吸收、全反射角小导致器件出光效率低、热积累大、饱和特性差等问题,提出了一种具有复合电流输运增透窗口层、复合DBR反射镜和电流阻挡层结构的新型LED,并测试了其饱和特性和寿命.电流分布模拟显示:新型LED电极下仅存在极小的无效电流;实验结果表明新型LED出光效率高,饱和电流大,饱和电流时光强约为常规LED的3倍,光电性能明显提升.器件饱和特性和老化实验研究显示:新型LED寿命长达17.8×104h,器件内部发热量低,具有高饱和特性和高可靠性,适合在大电流大功率下工作.     

双条形电极结构AlGaInP-LED微阵列器件的设计和实验研究

设计了一种基于AlGaInP发光材料的像素为320×240、单元像素面积为100 μm×100 μm 微型LED阵列。通过仿真和分析,设计了一种双条形电极结构。考虑到不同电极宽度下的电流分布情况以及电极的遮光效应,设计了电极宽度为13 μm 的优化电极结构,使得每个发光像素的表面出光面积比为50.15%,并分析了电极对有源层出射的光的反射影响。制定了基于MOEMS工艺的微型LED器件的制作流程并进行了基本实验研究,最终给出了制作出的上电极的单个单元照片。     

高气密性的深紫外LED半无机封装技术

深紫外LED可通过物理方式破坏病毒和细菌的结构，从而获得高效消毒的效果。相比于工艺成熟的蓝光LED，如何提高深紫外LED的封装可靠性和出光率仍是关键问题。本文采用基底预热方式微固化封装胶，结合阵列点胶方式将石英玻璃固定在镀铜围坝，制备了半无机封装的深紫外LED。该器件的输出波长为275 nm，半峰宽约为11 nm。对比传统类透明材料封装的器件，石英封装的深紫外LED有更高的出光率。在真空红墨水和氦气漏率实验中，采用本文提出的半无机封装技术的深紫外LED器件表现出高密封性。此外，在加速老化测试中，该封装器件的光衰速率在20%以内。实验结果表明，对比有机封装的深紫外LED器件，在基底预热条件下，采用阵列点胶固定石英玻璃是现阶段提高深紫外LED可靠性的一种封装方法。     

表面为二维光子晶体结构的AlGaInP系发光二极管的研究

近年来,GaN基光子晶体发光二极管(light emitting diode,LED)的研究已经取得了一定的进展,利用光子晶体的光子带隙效应和光栅衍射原理,在LED上制作光子晶体结构将会提高出光效率.本文为了提高AlGaInP系LED的光提取效率,分析了常规LED光提取效率受到限制的原因,将光子晶体结构引入了AlGaInP系LED的器件结构设计,通过理论分析与实验验证,结果显示:光子晶体结构对于提高AlGaInP系LED的光提取效率同样起到了明显的效果,引入光子晶体后,LED的输出光强比常规结构LED平均 关键词： AlGaInP系LED 光子晶体 光提取效率 光强     

电流阻挡层对大功率LED光电热特性的影响

LED芯片作为LED光源的核心,其质量直接决定了器件的性能、寿命等,因此在内量子效率已达到高水平的情况下,致力于提高光提取效率是推动LED芯片技术发展的关键一步。由于蓝宝石衬底具有绝缘特性,传统LED将N和P电极做在芯片出光面的同一侧,而芯片出光面上的P电极焊盘金属会遮挡吸收其正下方发光区发出的大部分光而造成光损失,为改善这一现象并缓解P电极周围的电流拥挤效应,本文设计制备了在P电极正下方的氧化铟锡(ITO)透明导电层和p-GaN之间插入SiO_2薄膜作为电流阻挡层(CBL)的大功率LED,并与无CBL结构的大功率LED相比较。对未封装的有无CBL结构的LED在350 mA电流下进行正向偏压,辐射通量,主波长等裸芯性能测试,结果显示两种芯片的正向偏压均集中在3～3.1 V,而有CBL结构的LED光输出功率有明显提升,这是因为CBL阻挡了电流在P电极正下方的扩散,减少流向有源区的电流密度,故减小了P电极对光的吸收和遮挡,且电流通过CBL引导至远离P电极的区域,缓解了电极周围的电流拥挤。对两种芯片进行相同结构和工艺条件的封装,并对封装样品进行热特性及10～600 mA的变电流光电特性测试,得到两种器件的发光光谱及光功率等光学特性。结果表明随着电流增加,两种器件的光谱曲线均发生蓝移,且有CBL结构的LED主波长偏移量较无CBL结构LED少10 nm,可见有CBL结构的LED光谱受驱动电流变化的影响更小,因此其显色性能更为稳定。而在小电流条件下, CBL对器件光功率的影响不大,随着工作电流的增大, CBL对器件光功率的改善效果逐渐提升。在大电流条件下,无CBL结构的LED结温更高,正向电压更低,随电流的增大二者之间的电压差增大。在25℃的环境温度, 350 mA工作电流下,加入CBL结构使器件电压升高约0.04 V,但器件光功率最高提升了9.96%,且热阻明显小于无CBL结构器件,说明有CBL结构LED产热更少。因此CBL结构大大提高了器件的光提取效率,并使其光谱漂移更小,显色性能更为稳定。     

去除铝基板的大功率LED热分析

提出一种大功率LED免铝基板封装方式,采用ANSYS有限元热分析软件对传统的铝基板封装和免铝基板封装的LED进行模拟对比分析。模拟结果表明:两种封装结构的LED,其最高温度均出现在LED芯片处;对于单颗功率1 W、3颗功率1 W和单颗功率3 W的器件,由于有效地简化了散热通道、大幅度降低了总热阻,采用免铝基板结构的最高温度分别降低了6.436,9.468,19.309 ℃。传统的铝基板封装即使选用热导率高达200 W/(m·K)的基板,其散热效果依旧略逊于免铝基板封装结构,且随着LED功率的增大,免铝基板的新型封装结构散热优势更加明显。本文的研究为解决大功率LED的散热问题和光色稳定性问题提供了一种新途径。     

近紫外LED封装器件的热稳定性及可靠性

紫外发光二极管(紫外LED)已经在许多超越照明领域展示出了特殊的应用优势,例如健康医疗、消毒杀菌、环保及传感等领域。本文采用仿真和实验相结合的方法研究了具有不同封装结构的近紫外LED封装器件的热稳定性,并对其进行了高温老化可靠性测试评估。研究结果表明:LED器件的辐射功率和正向电压随温度的升高而下降,其中,具有倒装结构的器件下降趋势明显小于正装结构,这表明其热稳定性较好;经过55℃恒温额定电流条件下的可靠性测试发现具有倒装结构的器件光-色特性衰减速率小于正装器件。通过本文研究可以得出结论:具有低热阻、小尺寸等优点的的倒装封装结构有助于提高近紫外LED器件的光-热稳定性和可靠性。     

金锡共晶互连对HP-LED光热性能的改善

随着功率型LED(HP-LED)对散热的要求越来越高,传统导电银胶越来越难以满足LED的高散热要求。虽然共晶互连工艺是微电子领域中的一种有效的散热互连方法,但是由于LED的特殊性,该工艺在LED互连封装中的性能改善研究还比较少。本文对金锡共晶互连、锡膏互连和银胶互连的3种LED器件分别进行了光学、热学以及剪切力等方面的测试分析研究,结果表明:底部与顶部同时加热的金锡共晶工艺互连的LED器件可以有效地改善仅底部加热共晶互连层中的空洞缺陷,在1 000 mA电流条件下,相对于锡膏、银胶互连的LED器件具有较低的热阻、较稳定的峰值波长偏移、较强的互连层剪切力等性能。金锡共晶互连工艺是一种可以有效改善大功率LED散热及互连强度的方法。     

测量固体材料热阻和热导率的激光探针

一、引言 电子器件尤其是功率器件,芯片的发热是通过外壳将热量散走。外壳热阻将严重影响功率管的散热性能。为了给功率管提供散热性能良好的外壳,测试外壳热阻是十分必要的。根据功率晶体管的热阻概念引进外壳热阻的定义。功率晶体管的热阻是芯片     

LED短时温升速率随实验条件变化的研究

在忽略LED器件向周围环境散热的情况下,推导出LED短时温升速率的理论表达式,在实验上提出了一种测量短时间内LED温升速率的新思路和方法,并研究了温升速率随通电时间、电流和结温变化的关系,定性探讨了LED器件散热的重要性。研究结果表明,当LED的端电压和电流一定时,短时间内LED的温升速率与时间无关;当LED结温一定时,温升速率随电流线性变化;当通过LED的电流一定时,温升速率随结温的增大先增大再减小,在60℃时达到极值,为保证LED良好的散热,建议使用温度最好低于60℃。     

AlGaInP材料LED微阵列热学特性分析

发光二极管(LED)微阵列芯片在工作时积累的热量使结温过高,进而对LED微阵列芯片造成一系列不利影响,严重降低LED微阵列芯片工作的可靠性,甚至造成永久性损坏。散热问题是制约LED微阵列芯片工作性能提高的关键因素,是LED微阵列芯片在制备过程中亟待解决的问题之一。利用有限元分析软件,针对AlGaInP材料LED微阵列建立了有限元模型,详细介绍了实体模型建立、网格划分以及边界条件的施加方法。瞬态分析了在脉冲电流驱动下,单个单元和3×3单元工作时阵列的温度场分布,以及温度随时间的变化规律。为了改善阵列芯片的散热性能,设计了一种热沉结构,模拟分析了热沉结构对阵列温度分布的影响。     

大功率白光LED路灯发光板设计与驱动技术

为最大可能提高大功率LED路灯发光板的电光转化率与散热效率,在不影响外量子效率前提下对LED芯片设计采用扩大LED芯片面积,以及电极优化技术增加LED芯片的出光量,使芯片表面热流均匀分布,芯片工作更稳定。分析了大功率白光LED的封装过程对提高芯片取光率、保障白光质量、器件散热技术的综合应用。综合上述技术及有限元分析软件对大功率LED器件封装的热阻分析结果,确定了COB(chip on board)LED芯片的阵列组装技术,为制造LED路灯发光板的最佳技术方案。LED芯片结温很容易控制在120 ℃以下,与外部散热技术兼容性好。通过光线最佳归一化数学模型计算了LED芯片阵列芯片间最佳距离。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)调节亮度。