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。     

结温对高压白光LED光谱特性的影响

高压LED因其自身突出的特点在照明领域有着潜在的应用优势,但作为一种新型功率LED,其光电热特性仍需深入研究。该实验对6和9V GaN基高压LED芯片进行了相同结构和工艺条件的封装,对封装样品进行了10~70℃的变温度光谱测试,并进行了从控温平台温度到器件结温的转换。为保证器件的电流密度相同,6和9V样品光谱测试的工作电流分别设定为150和100mA。结果显示,结温升高会导致蓝光峰值波长红移、波长半高宽增大、光效下降和显色指数上升等现象。在相同平台温度和注入功率下,9V样品的结温低于6V样品;随着温度的升高,9V样品波长半高宽的增加量比6V样品少1.3nm,光效下降量少1.13lm·W~(-1),显色指数上升量少0.28。以上表明,与低压LED相比,高压LED有着更低的工作结温和更小的温度影响。原因在于,相同环境温度下高压LED具有更好的电流扩展性和更少的发热量。此特性在高压LED的研究、发展与应用等方面具有参考价值。此外,峰值波长仍与结温有着较好的线性度,在光谱设备精度较高的情况下可继续作为结温的敏感参数。     

温度和电流对白光LED发光效率的影响

对大功率白光LED发光效率进行了研究,得出温度和电流对LED发光效率的影响:随着温度的升高,势阱中辐射复合几率降低,从而降低了发光效率;电流的升高,使更多的非平衡载流子穿过势垒,降低了发光效率。LED工作时,过高的工作温度或者过大的工作电流都会产生明显的光衰:如果LED工作温度超过芯片的承载温度,这将会使LED的发光效率快速降低,产生明显的光衰,并且对LED造成永久性破坏;如果LED的工作电流超过芯片的饱和电流,也会使LED发光效率快速降低,产生明显的光衰。并且LED所能承载的温度与饱和电流有一定关系,散热良好的装置可以使LED工作温度相对降低些,饱和电流也可以更大,LED也就可以在相对较大的电流下工作。     

ICP刻蚀工艺对LED阵列电流输运特性的影响

在制备串联高压LED阵列工艺中,ICP刻蚀工艺引起的漏电与断路问题是高压LED电流输运特性中的核心问题。本文着重从刻蚀深度、掩模材料以及隔离槽制备方面分析了ICP刻蚀工艺对高压LED的漏电、电极开路等电流输运问题的影响。通过随机抽取样品进行电学测试并结合SEM观测,对比了不同工艺过程,得出ICP工艺是导致串联高压LED阵列中可靠性问题的主要原因。并通过优选ICP刻蚀工艺,使高压LED电流输运特性得以改善,制备出~12 V的四串联高压LED阵列器件。     

静电对GaN基高压LED特性的影响

对GaN基绿光高压LED分别施加-500、-1 000、-2 000、-3 000、-4 000、-5 000和-6 000V的反向人体模式静电打击,每次静电打击后,测量样品的I-V特性曲线及光通量等参量,研究静电打击对GaN基高压LED器件性能的影响.结果表明:当样品经过-500,-1 000、-2 000、-3 000和-4 000V的静电打击后,由于LED器件内部产生了缺陷,发生了软击穿并且反向漏电流明显增加,但光通量的变化不明显;当经过-5 000V和-6 000V的静电打击后,由于发生了热模式击穿,温度迅速升高,在结区形成熔融通道,使LED的光通量明显减小,甚至衰减到未打击时的一半;在经受-6 000V的静电打击后,正向电压的减小和反向漏电流的增加更加明显,漏电现象更加明显,严重影响了器件的性能,最终使LED样品失效.     

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。     

白光LED的加速老化特性

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、扩散电流段以及反向漏电电流均增加,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容减少,正向偏压下电容增大,这是由于螺位错和混合位错产生了漏电的通道;电致发光光谱中黄光荧光成分比重增加;光通量随时间开始缓慢降低,在某一个时刻突然急剧降低,显示各个老化因素累积的影响会在某一时刻导致白光LED突然失效。最后使用阿列纽斯关系计算出所用白光LED的寿命为2．3万小时。     

纳米柱高度对GaN基绿光LED光致发光谱的影响

纳米柱结构是释放高In组分InGaN/GaN绿光LED量子阱层应变的有效方法。本文采用自组装的聚苯乙烯微球掩模、感应耦合等离子体干法刻蚀和KOH溶液的湿法腐蚀,在GaN基绿光LED外延片上制备了3种高度的纳米柱结构,通过扫描电子显微镜观察纳米柱结构的形貌,并测试了常温和10 K低温时的光致发光谱(PL)。结果表明:应变释放对压电场的影响显著,使得纳米柱结构样品的内量子效率(IQE)提高,PL谱峰值波长蓝移;应变在量子阱中的不均匀分布还使得PL谱半高全宽(FWHM)展宽。与普通平面结构相比,高度为747 nm的纳米柱结构可使得IQE提升917%,PL谱峰值波长蓝移18 nm、FWHM展宽7 nm。另外,纳米柱结构样品的有源区有效面积减小可使得PL谱FWHM减小。     

LED发光二极管特性测试

使用常规实验仪器搭建了LED特性测试系统,测试了LED的伏安特性、光强分布特性、光谱特性、光功率与电流关系特性和发光效率与电流关系特性,得到了LED的阈值电压、正常电压、发光波长、半值角与指向性、峰值波长和光通量等参量.     

标准CMOS工艺载流子注入型三端Si-LED的设计与研制

采用无锡华润上华(CSMC) 0.5 μm 标准CMOS工艺,设计并制备了一种新型的高发光功率载流子注入型三端Si-LED器件。该器件在p型衬底上进行n⁺掺杂,与p衬底形成两个相对的n⁺p结,其中一个结正向偏置,发出峰值波长在1 100 nm附近的红外光;另一个结同样正偏,作为注入结对发光进行调制。测试结果显示:第三端注入载流子明显增强了总体的发光功率,在10 mA偏置电流、3 V调制电压下,可获得1 nW的光功率,与单结相比提高了两个数量级。由于工作电压低,该器件可与目前主流的CMOS工艺共电源单芯片集成,在光电集成领域具有一定的应用前景。     

GaN基高压直流发光二极管制备及其性能分析

GaN基高压直流发光二极管工艺制备, 采用蓝宝石图形衬底(PSS) 外延片制备正梯形芯粒结构的GaN基高压直流LED.相对其他结构器件, 该结构器件发光效率最高, 封装白光后, 在色温4500 K, 驱动电流20 mA时, 光效116.06 lm/W, 对应电压50 V. 测试其I-V曲线表明, 开启电压为36 V, 对应驱动电流为1.5 mA; 在电流15 mA至50 mA时, 光功率随驱动电流增加近似于线性增加, 在此区域光效随电流增加而降低的幅度比较缓慢, 表明GaN基高压直流LED适宜于采用大电流密度驱动, 而不会出现驱动电流密度增加导致量子效率明显下降(efficiency droop), 为从芯片层面研究解决量子效率下降难题提供了一种新思路.     

发光二极管峰值波长偏移对色度的影响

利用可调恒流源控制彩色LED发光,采用多道光谱仪测量LED的光谱特性,得到峰值波长随工作电流的变化产生的偏移,并计算了由此而引起的色度值变化.     

Theoretical and experimental analysis of the effects of the series resistance on luminous efficacy in GaN-based light emitting diodes

In this paper, a new equivalent circuit model of GaN-based light emitting diodes （LEDs） is established. The impact of the series resistance to luminous efficacy is simulated using the MATLAB software. GaN-based LEDs with different n- contact electrode materials （LEDs with Ni/Au and LEDs with Cr/Au） are fabricated. By comparing and analyzing the results of performances, we concluded that both the series resistance and the carrier loss could affect the luminous efficacy severely. LEDs with lower series resistance have higher luminous efficacy and its efficiency droop is alleviated simultaneously. To improve luminous efficacy, the fabrication process should be optimized for lower series resistance.     

C-V法研究温度对GaN基蓝光二极管pn结的影响

采用C-V法,根据C^-2-V曲线和C^-3-V曲线,并结合C-V幂律指数k,分析了T=25~-195℃温度范围内,温度变化对GaN基蓝光发光二极管pn结类型的影响。实验结果表明:当T为25℃和-50℃时,C^-2-V呈明显的线性关系,同时幂律指数k为0.5,说明该温度范围内的pn结类型为严格的突变结;而温度降低至-100℃时,k值变为0.45,说明pn结类型开始发生变化;当温度继续降低至-150℃和-195℃时,幂律指数k分别为0.30和0.28,说明pn结类型已经发生了变化,变为非突变非缓变结。造成这一现象的原因是低温导致的载流子冻析效应,以及晶体的缺陷和界面态形成的局域空间电荷区在低温环境下,影响了pn结原来的空间电荷分布,并改变了pn结类型。     

具有电流阻挡层的不同GaN基LED的光电特性(英文)

研究对比了InGaN/GaN多量子阱发光二极管中p电极下的不同SiO2电流阻挡层的光电特性。6种样品被分为3组:普通表面、表面粗化、表面粗化+边墙腐蚀。每组都有两种结构,一种具有电流阻挡层,另一种没有电流阻挡层。每组中,具有电流阻挡层的LED在20 mA下的正向电压分别为3.156,3.282,3.284 V,略高于不含电流阻挡层的样品(Vf=3.105,3.205,3.210 V).但是,具有电流阻挡层的LED的光效和光功率要优于无电流阻挡层的器件,在20 mA下的光功率分别提高了10.20%、12.19%和11.49%。这些性能的提升都要归功于电流阻挡层良好的电流扩展效应,同时电流阻挡层还可以减小p电极下的寄生光吸收。     

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     

功率型白光LED光学特性退化分析

将GaN基蓝光芯片涂敷YAG荧光粉和透明硅胶制成额定功率为1 W的白光发光二极管(LED),对其施加900mA的电流应力,在老化过程中测量白光LED的主要光学参数,考察其光学特性的退化情况。经过4 200 h的老化,样品光通量退化为初始值的15%~18% 。样品的漏电流明显增大,表明芯片有源区缺陷密度提高,但光谱分布图中蓝光部分的辐射量未减少,仅观察到黄光部分辐射量的减少,推断出YAG荧光粉的转换效率降低。同时,从原理上分析了样品色温逐渐增大,显色指数基本不变的原因,对大功率白光LED在照明领域的应用有一定的借鉴意义。