光譜法發(fā)光二極管結溫測定技術的研究及應用.pdf

1、發(fā)光二極管因高效節(jié)能、長壽命、固態(tài)發(fā)光和驅動靈活等優(yōu)點而在越來越多的領域中得到應用。目前，研究和應用最多的是氮化鎵基發(fā)光二極管，因為只要合理調節(jié)銦鎵氮三元化合物中銦的含量，就能實現氮化鎵基發(fā)光二極管從深紫外到近紅外波長范圍內的發(fā)光。然而不當的熱管理、大電流密度下發(fā)光效率急劇衰減的現象和襯底不匹配等問題都會導致發(fā)光二極管發(fā)光效率隨著使用時間的推移而出現極大的衰降。同時發(fā)光二極管有源區(qū)尺寸又小且襯底熱導率低、散熱效果差，從而會導致發(fā)光二極管

2、pn結溫度的迅速升高。因此人們可以通過測量pn結的溫度來預測發(fā)光二極管的使用壽命和可靠性等特性，為發(fā)光二極管的篩選提供幫助。有鑒于此，本文基于半導體材料自身發(fā)光光譜和溫度的關系發(fā)展了一種高效快捷的方法來測試發(fā)光二極管的pn結溫度，具體工作和結果包括：
　　1、基于半導體熒光光譜及對應的帶隙寬度與溫度的關系設計和實現了發(fā)光二極管pn結溫度測試系統(tǒng)與樣機。通過實驗建立了發(fā)光二極管自身電致發(fā)光峰位與溫度的線性依賴關系，然后發(fā)展了一種針對

3、發(fā)光二極管光譜的高斯和洛倫茨混合線性模型和算法，制備了一套完整的、非接觸式的、通過測量發(fā)光二極管光譜即可快速準確的測定pn結溫度的樣機，最后對所開發(fā)的系統(tǒng)和方法進行了驗證和應用。該基于光譜法的測定系統(tǒng)測試速度快，單條光譜采集只需30ms，測試精度高達±1℃，并且系統(tǒng)具有良好的可重復性和可再現性。對比傳統(tǒng)正向電壓法的結果顯示：不同定標電流幅值和樣品批次下，光譜法溫度定標系數的穩(wěn)定性是正向電壓法的30倍以上。此外驗證結果還顯示光譜法對定標電

4、流幅值和樣品批次的影響不敏感，定標系數的適用性也遠遠大于正向電壓法。
　　2、研究了氮化鎵基藍、綠光發(fā)光二極管中有源層的銦含量對其熒光和pn結溫度定標系數的影響。根據對不同發(fā)光波長的氮化鎵基藍、綠光發(fā)光二極管的光致發(fā)光光譜隨激發(fā)功率、溫度變化的關系和改變注入電流、溫度時的電致發(fā)光光譜的變化實驗結果得出：有源層中的銦元素傾向于形成局域化的富銦區(qū)域，發(fā)光二極管的發(fā)光機制就主要是以發(fā)生在這些局域化富銦區(qū)域中的雙分子(激子)輻射復合為主。

5、銦含量與發(fā)光二極管的發(fā)光峰位基本成線性關系。銦相關的局域態(tài)作用使得光譜峰位藍移，光譜半高寬快速展寬；而內建電場的屏蔽作用則會造成峰位藍移，光譜半高寬變窄。發(fā)光二極管光致發(fā)光與電致發(fā)光受局域態(tài)和內建電場的影響與銦的含量有關。銦含量較低(<17％)的樣品中，不論光致熒光還是電致熒光，局域態(tài)的效應顯著；銦含量稍高(19%～26%)的樣品中，電致發(fā)光主要受局域態(tài)的影響，而在光熒光的變功率實驗中內建電場的屏蔽作用起主要作用。藍、綠光發(fā)光二極管的p

6、n結溫度定標系數依賴于樣品來源。對于同一來源的一定發(fā)光波長范圍內的樣品，pn結溫度定標系數和局域態(tài)參數隨著銦含量的增大而減小。
　　3、研究了利用光譜法檢測發(fā)光二極管燈具內芯片pn結溫度的原理，基于此原理研制了發(fā)光二極管pn結溫度測試樣機，并在實際的工程項目中得到了良好應用。在此基礎上，發(fā)展了發(fā)光二極管燈具的簡化散熱模型，提出了溫差產生率和溫差消除率等有效散熱參數。通過改變環(huán)境溫度、室溫下的氣流狀況和驅動脈沖電流的占空比等條件獲得