大功率GaN基发光二极管的电流扩展效应及电极结构优化研究

定性分析了GaN基LED的电流扩展效应，发现电流密度和电流横向扩展的有效长度对电流均匀扩展有很大影响.基于此，对GaN基大功率LED提出了优化的电极结构，以减缓电流拥挤效应，降低器件串联电阻.通过用红外热像仪测量器件表面的温度分布，发现具有优化的环形插指电极结构的GaN基大功率LED表面温度分布比较均匀，证明芯片接触处电流扩展均匀，局部电流密度降低，减小了焦耳热的产生，增强了器件的可靠性.     

大功率GaN基发光二极管的电流扩展效应及电极结构优化研究

定性分析了GaN基LED的电流扩展效应,发现电流密度和电流横向扩展的有效长度对电流均匀扩展有很大影响.基于此,对GaN基大功率LED提出了优化的电极结构,以减缓电流拥挤效应,降低器件串联电阻.通过用红外热像仪测量器件表面的温度分布,发现具有优化的环形插指电极结构的GaN基大功率LED表面温度分布比较均匀,证明芯片接触处电流扩展均匀,局部电流密度降低,减小了焦耳热的产生,增强了器件的可靠性. 关键词： 氮化镓 发光二极管 电流扩展 电极结构优化     

GaN基蓝光发光二极管正向电压温度特性研究

对GaN基蓝光发光二极管（LED）正向电压温度特性进行了研究,发现在温度较高时,正向电压随温度的变化系数逐渐减小,直至出现拐点,正向电压随温度的变化系数由负数变为正数.此时若继续升高温度,则正向电压随温度升高迅速增加,并常常伴随有器件失效的现象发生.在小电流情况下,这种现象不很明显,随着电流的增加,现象表现得越来越明显,拐点出现的温度也越来越低,而且温度超过拐点之后,正向电压值增加得更快.通过与相同封装的另一组器件测试结果对比,排除了封装材料玻璃转换温度的影响.分析认为,这一现象的出现是由器件等效串联电阻 关键词： 发光二极管 氮化镓 正向电压 温度系数     

GaN基垂直结构LED的n型电极结构设计及芯片制备

首先利用电流路径模型分析n型电极尺寸及间距等对垂直结构发光二极管(VS-LEDs)电流分布均匀性的影响,依此设计出一种螺旋状环形结构电极。其次,通过建立有限元分析软件Comsol仿真模型模拟VSLEDs有源层的电流密度分布,发现螺旋状环形结构电极的环间距越小,电流密度分布越均匀。最后,利用VS-LEDs芯片制备技术实现具有螺旋状环形电极的垂直结构LED芯片。实验结果显示,在350 m A电流驱动下,电极环间距为146.25μm的芯片具有最大的功能转换效率,达到26.8%。     

GaN基蓝光发光二极管的波长稳定性研究

尽管GaN基蓝绿光发光二极管（LED）已进入大规模商品化阶段，但其发光波长随注入电流的变化仍是一个尚未解决的关键技术难题.同时，蓝绿光LED电注入发光光谱的半高全宽多为25nm以上.通过优化LED器件材料的生长条件和总应变量，获得了高质量的InGaN/GaN多量子阱LED外延片.由此制作的LED器件在0—120?mA的注入电流下，发光波长变化小于1nm.在20mA的正向电流下，其光谱半高全宽只有18nm，且随注入电流变化较小. 关键词： GaN 发光二极管 波长稳定性     

GaN基发光二极管衬底材料的研究进展

GaN基发光二极管(LED)作为第三代照明器件在近年来发展迅猛.衬底材料作为LED制造的基础,对器件制备与应用具有极其重要的影响.本文分析综述了衬底材料影响LED器件设计与制造的关键特性(晶格结构、热胀系数、热导率、光学透过率、导电性),对比了几种常见衬底材料(蓝宝石、碳化硅、单晶硅、氮化镓、氧化镓)在高质量外延层生长、高性能器件设计和衬底材料制备方面的研究进展,并对几种材料的发展前景做出了展望.     

电极形状对GaN基发光二极管芯片性能的影响

采用Crosslight APSYS这一行业专业软件对p-GaN,InGaN/InGaN多量子阱,n-GaN和蓝宝石的芯片结构研究了不同电极形状与器件的光电性能之间的关系.优化设计了普通指形电极、对称型指形电极、h形指形电极、旋转形电极、中心环绕形电极、树形电极等6种电极结构.通过电极优化设计,电流分布更加均匀,减小了电流的聚集效应.优化后的电极结构结果表明:芯片的电特性得到了提高,芯片的光特性得到了明显改善,芯片的出光效率大幅度提高,芯片的转化效率得到了提升.     

GaAs／AlGaAs发光二极管列阵场分布特性的电光测量

应用一种新颖的无损伤测量技术－连续波电光检测法（ＣＷＥＯＰ）对ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ单异质结发光管列阵电场分布进行了扫描测量。实验结果反映了器件内电流注入的方向和载流子扩展情况；通过比较各单元电场分布，反映器件发光均匀性。文中详细介绍了测量原理、实验装置和实验结果及讨论，最后用计算机对电场分布作了模拟计算并与实验结果进行了对照。     

亮度均匀的LED路灯透镜设计与研究

针对路灯照明系统,设计了一种照度均匀和亮度均匀的LED路灯透镜。通过分析LED光源角度分布与目标面照度的关系引用了一种简化的线性校正函数。不同的道路亮度系数,选用合适的K值,设计基于自由曲面的亮度均匀路灯透镜。利用光学软件进行仿真,结果显示中间向边缘逐渐减弱的渐变照度分布有利于路灯照明亮度的均匀。通过注塑成型工艺加工了该透镜,并制作了一盏路灯进行配光和照度的测试。结果表明该透镜设计满足渐变照度分布的矩形光斑照明。采用Dialux软件对路灯照明效果进行评估,显示该路灯透镜设计,横向和纵向亮度均匀性达到0．6以上,满足道路照明的亮度均匀性要求。     

成像法测量积分球的亮度均匀性

为测量某项目中经过投影物镜观察到的胶片位置处的亮度均匀性,设计采用了成像式亮度测量方法,该方法能够获得整个辐照面的相对亮度分布,较传统的采用光辐射计、光电池等采点取样测量方法便捷经济,采用成像式亮度测量方法测量得到的不均匀度为4.24%,与采用光辐射计测量得到的不均匀度3.92%基本一致,相对误差仅为8.16%,该方法可以推广应用于太阳模拟器均匀性检测及场馆均匀照明检测等方面。     

Nonspherical LED packaging lens for uniformity improvement

Light emitting diode (LED) has more advantages compared with a traditional incandescent light bulb and a fluorescent lamp, such as small size, low quantity of heat, long life, low power consumption, fast response, plain packaging and ease of develop ment of a frivolous short product. A methodology is proposed to improve the uniformity of the LED illumination system. As a light source in a backlight unit (BLU), the requirement for optical characteristics of a LED is different from highly directional conventional ones. New diffused-type LEDs need to be developed to fulfill the requirement of the BLU industry. A non-spherical lens is designed to optimize uniformity, and a great improvement in uniformity from 28.4 to 64% is demonstrated. In the future, it may used in an LED display to improve the unevenness of illumination.     

High power and high reliability GaN/InGaN flip-chip light-emitting diodes

High-power and high-reliability GaN/InGaN flip-chip light-emitting diodes (FCLEDs) have been demonstrated by employing a flip-chip design, and its fabrication process is developed. FCLED is composed of a LED die and a submount which is integrated with circuits to protect the LED from electrostatic discharge (ESD) damage. The LED die is flip-chip soldered to the submount, and light is extracted through the transparent sapphire substrate instead of an absorbing Ni/Au contact layer as in conventional GaN/InGaN LED epitaxial designs. The optical and electrical characteristics of the FCLED are presented. According to ESD IEC61000-4-2 standard (human body model), the FCLEDs tolerated at least 10\,kV ESD shock have ten times more capacity than conventional GaN/InGaN LEDs. It is shown that the light output from the FCLEDs at forward current 350mA with a forward voltage of 3.3\,V is 144.68\,mW, and 236.59\,mW at 1.0\,A of forward current. With employing an optimized contact scheme the FCLEDs can easily operate up to 1.0\,A without significant power degradation or failure. The life test of FCLEDs is performed at forward current of 200\,mA at room temperature. The degradation of the light output power is no more than 9\% after 1010.75\,h of life test, indicating the excellent reliability. FCLEDs can be used in practice where high power and high reliability are necessary, and allow designs with a reduced number of LEDs.     

电子传输层厚度及阻塞层对量子点发光二极管性能的影响

针对量子点发光二极管(QLED)中载流子注入不平衡的问题,对空穴和电子在量子点层的注入速率进行了研究。制备了不同电子传输层厚度、结构为ITO/PEDOT∶PSS/Poly-TPD/QDs/Alq3/Al的QLED样品。Alq_3厚度由25 nm逐步递增至45 nm时,器件的开启电压升高,器件均发出量子点的红光。当Alq_3厚度为30nm时,器件的电流效率最高。此时,空穴和电子在量子点层的注入速率达到相对平衡。为进一步研究器件的发光特性,在QDs和Alq_3接触界面嵌入电子阻塞层TPD。研究发现,当TPD的厚度为1 nm时,器件发出红光;当TPD厚度为3 nm和5 nm时,器件开始出现绿光。实验结果表明,在选取电子阻塞层时,应选择LUMO较低的材料且阻塞层的厚度必须很薄。     

Effect of surface treatment of GaN based light emitting diode wafers on the leakage current of light emitting diode devices

To form low-resistance Ohmic contact to p-type GaN, InGaN/GaN multiple quantum well light emitting diode wafers are treated with boiled aqua regia prior to Ni/Au (5~nm/5~nm) film deposition. The surface morphology of wafers and the current--voltage characteristics of fabricated light emitting diode devices are investigated. It is shown that surface treatment with boiled aqua regia could effectively remove oxide from the surface of the p-GaN layer, and reveal defect-pits whose density is almost the same as the screw dislocation density estimated by x-ray rocking curve measurement. It suggests that the metal atoms of the Ni/Au transparent electrode of light emitting diode devices may diffuse into the p-GaN layer along threading dislocation lines and form additional leakage current channels. Therefore, the surface treatment time with boiled aqua regia should not be too long so as to avoid the increase of threading dislocation-induced leakage current and the degradation of electrical properties of light emitting diodes.     

载流子分布对GaN基LED频率特性的影响

分别在直流偏置和交流偏置下,对大功率GaN基LED的电学和光学特性进行了研究。结果显示,通过改变靠近p型层的量子垒（也就是最后一个量子垒）中的In组分可以调控有源区中的载流子分布。有源区内积累的电子会引起负电容效应。而通过降低有源区量子垒的势垒高度,可以改善LED中载流子传输特性,并实现载流子复合速率及通信调制带宽20%的提高。这个工作将有助于理解GaN基LED中载流子分布对频率特性的影响,并为设计适用于可见光通信的大功率高速LED奠定基础。     

基于Mie散射理论的白光发光二极管荧光粉散射特性研究

基于Mie散射理论,对大功率发光二极管封装中荧光粉的光激发、吸收、散射等作用进行数值模拟,仿真计算在不同白光色温时前后向散射光的强度比例,研究了荧光粉的颗粒大小对白光发光二极管最大光通量的影响.对保型荧光粉涂覆结构中不同直径荧光粉颗粒和不同色温时的光效进行了分析,还分析了同样色温下不同荧光粉颗粒直径、涂层的厚度对白光发光二极管出光的空间色温分布均匀性的影响.研究中所采用的器件激发光谱和发射光谱都为材料的实测光谱,而并非假设的单一光谱.研究表明:在采用保型荧光粉涂覆结构的前提下,当荧光粉颖粒直径为0.5μm时能使发光二极管光通量达到最大;荧光粉颗粒越小,发光二极管空间色温分布均匀性越好;对给定的封装结构,荧光粉涂层厚度为0.8 mm时空间色温分布均匀性最佳.     

室内可见光通信发光二极管阵列发射性能的研究

提出了一种基于Lambert辐射模型的发光二极管光源阵列发射天线光照度计算模型,对室内可见光通信发射天线进行了优化设计.分析了光源的空间分布形式、光源间距、光源中心光束与系统光轴夹角以及空间分布层间距等因素对光照度均匀性的影响.通过仿真模拟和分析,得到了圆形阵列天线在照度均匀性和通信传输信号稳定性方面都优于相同光源数目的矩形阵列天线,并且提高了10%左右;同时得出了在满足室内照明情形下,发光二极管阵列发射天线照度均匀度随光源间距及光源中心光束与系统光轴夹角的增加均呈现出先增加后减小的变化趋势,因此,光源间距和光源中心光束与系统光轴夹角均存在最优值;照度均匀度随空间分布层间距的减小而增加,并给出了5 m×5 m×3 m普通房间内发射天线阵列设计参数的最优值,使发射性能得到了优化,同时节省光源数13%,降低了成本.这些研究为发射天线系统的设计提供了理论依据,具有实用价值.     

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