电流阻挡层大功率LED设计制备及特性研究

发布时间：2020-04-01 23:23

【摘要】：被称为第四代照明光源的半导体发光二极管(Light Emitting Diodes,LED),具有节能环保、使用寿命长,发光效率高等特点,是电光源发展史上的一次重大突破。LED芯片作为LED光源的核心,芯片的质量好坏决定了光源的性能、应用和寿命,因此在广泛使用第三代宽禁带半导体材料,且内量子效率达到高水平的情况下,如何提升光提取效率是推进LED芯片技术发展的关键一步。本文主要进行了电流阻挡层(Current Blocking Layer,CBL)提升大功率LED光提取效率的原理及制备工艺的研究,设计制备了CBL大功率LED器件,对有无CBL结构的LED进行光电热特性测试及可靠性分析。本论文是在国家重点研发计划(课题编号2017YFB0403100,2017YFB0403102)的支持下完成的,主要研究内容如下:(1)设计了CBL大功率LED器件和制备版图,对制备器件的关键工艺进行了优化,研究了使用不同掩膜材料对ICP刻蚀的影响,实验优化了ITO溅射和退火条件,对比了ITO的腐蚀和剥离工艺。通过优化后的工艺条件制备了有无CBL结构的两种大功率LED芯片,并在350mA下测试裸芯的光电性能。(2)封装有无CBL结构的大功率LED,并测试变电流的光电特性。两种样品各随机选取4支,首先对器件进行了温度25℃,工作电流350mA下的光电参数测试。其次对两种器件进行了变电流光电参数测试,分析了CBL结构在变电流条件下对器件光功率及光效的改善效果,以及CBL结构对器件光谱和显色性能的影响,分析了插入CBL结构对器件电压的影响。(3)对两种样品进行变温度的光电参数测试及热特性测试。分析了两种器件的光功率随温度的变化,并对两种样品的色温随温度的变化进行分析,研究了有CBL结构的LED色温更低的原因;分析了两种LED的半宽和峰值波长的变化,对器件正向电压随温度的变化进行分析。最后对两种器件进行了结温热阻测试,研究了CBL结构对器件热特性的影响。(4)对两种器件进行温度过应力加速老化实验。选取两种样品各5支,设定温度应力为85℃,驱动电流为350mA。分析了两种器件的光电参数随老化时间的变化,结合器件外貌和显微镜下的芯片形貌分析了LED芯片的失效机理。
【图文】：

图 1-1 LED 及其他光源发光效率的发展进程1 luminous efficiency Development of LED and other light source本原理能直接转换为光能的电致发光器件，其物理本质是 P物半导体材料如 GaAs，GaN，GaP 等制备而成。其发N 结处于平衡时势垒高度是一定的，施加正向电压后电场相应减弱，载流子的扩散能力增强，PN 结内处迁，发生电子空穴的辐射复合并发射出光子。系统处要前提，通过激发使非平衡载流子复合才能发光[20]。

通常由Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料如 GaAs，GaN，GaP 等制备而成。其发光机理如图1-2 所示，，当 PN 结处于平衡时势垒高度是一定的，施加正向电压后 PN 结内部势垒降低，内建电场相应减弱，载流子的扩散能力增强，PN 结内处于激发态的电子向低能级跃迁，发生电子空穴的辐射复合并发射出光子。系统处于非平衡态是光子发射的主要前提，通过激发使非平衡载流子复合才能发光[20]。(a) (b)图 1-2 (a)平衡 PN 结能带图 (b)正向偏置下 PN 结能带图[20]Fig1-2 (a) Balanced PN junction band diagram (b) PN junction band diagram underforward bias[20]由同一材料制备而成的发光二极管只能发射单色光，如用 GaAs 材料制备红光 LED，GaN 材料制备蓝光 LED 等。并且 LED 发光波长 λ 由有源区的禁带宽度 Eg 决定[21]，由公式(1-1)可得出：1240qhcEg Eg （1-1）1.3 提高 LED 光提取效率的研究与现状LED 芯片的内量子效率和光提取效率决定了芯片的外量子效率
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN312.8

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李建军;宋小伟;蒋文静;沈光地;;高提取效率表面织构红光发光二极管[J];固体电子学研究与进展;2009年02期

2 ;我国成功研制提取效率高的提取设备[J];食品与发酵工业;2008年08期

3 曹世萍;黄梅;郑敏;;快速提取胆红素方法的探讨[J];新疆化工;2002年04期

4 吴东墨;王宏镔;王海娟;王忠振;蔡文昌;;吲哚乙酸和激动素配合施用对蜈蚣草土壤砷提取效率的影响[J];农业环境科学学报;2018年08期

5 陈星;刘文广;姜宗福;靳冬欢;;主振荡功率放大装置中的放大自发辐射效应和能量提取效率[J];强激光与粒子束;2011年04期

6 廉江平;廖建民;张鹏;李巧如;;地黄饮湿法提取与煎煮法提取效率的比较[J];光谱实验室;2012年04期

7 朱斌;卢涛;兰先秋;宋航;;不同工艺对茶多酚提取效率和质量的影响研究[J];四川职业技术学院学报;2008年01期

8 王慧云;孙珊珊;王雪;石茂建;尹红霞;;提高芦丁提取效率的优化设计[J];济宁医学院学报;2009年04期

9 何世成;林源;王昌建;刘道新;谭丹;唐小明;王卫国;鲁杏华;邱立新;何玉玲;;五种核酸提取法对猪繁殖与呼吸综合征病毒提取效率的比较[J];中国动物检疫;2014年08期

10 刘影;姜玉新;李朝品;;两种提取液对黄粉虫抗菌肽提取效率的比较[J];皖南医学院学报;2012年04期

相关会议论文 前10条

1 周东营;史晓波;谷威;;简易光散射层对有机电致发光器件光提取效率的改善[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

2 黄立娟;张劲松;陈云明;杨彬;;医用同位素生产堆钼提取效率影响因素研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集（第一卷·第4册）[C];2009年

3 孙国新;王利红;尹西翔;刘书花;郑茂钟;王霞;张英男;刘静;孟祥燕;赵长盛;刘伟;;稻米及其制品中砷形态萃取及分析方法应用研究[A];中国分析测试协会科学技术奖发展回顾[C];2015年

4 朱爱民;;环境温度对火腿中农残敌敌畏提取效率的影响[A];第三届浙江中西部科技论坛论文集（第九卷 预防分卷）[C];2006年

5 陈依新;沈光地;蒋文静;李建军;高伟;韩金茹;;高性能正装AlGaInP红光LED的制备[A];2007年全国博士生学术论坛（材料科学与工程学科）论文集[C];2007年

6 范玉佩;林岳明;张俊兵;曾祥华;;GaN基LED电极优化的光效研究[A];二00九全国核反应会暨生物物理与核物理交叉前沿研讨会论文摘要集[C];2009年

7 陈源源;蒋卫锋;董纳;潘超;柏宁丰;刘旭;孙小菡;;基于短脉冲激光干涉技术制备光子晶体LED的研究[A];全国第17次光纤通信暨第18届集成光学学术会议——光纤、波导器件和传感器专辑[C];2015年

8 江玉玲;齐美玲;傅若农;;葫芦脲固相微萃取技术的研究[A];大环化学和超分子化学的新发展——当前学科交叉的一个重要桥梁——中国化学会全国第十五届大环化学暨第七届超分子化学学术讨论会论文摘要集[C];2010年

9 严桂芹;周联高;章世元;俞路;;应用响应面法优化蚕沙中叶绿素提取工艺参数的研究[A];中国畜牧兽医学会动物营养学分会第十次学术研讨会论文集[C];2008年

10 杨麒巍;杜珍武;于杉;张琳;赵冠杰;李秀英;白金萍;刘颖男;吴玫;张玉成;张桂珍;;3种血浆游离DNA提取方法的比较[A];第十三届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2013年

相关博士学位论文 前10条

1 左致远;激光技术在提高发光二极管光提取效率领域中的应用[D];山东大学;2012年

2 丁庆安;纳米结构增强倒置膜发光二极管发光效率的研究[D];山东大学;2015年

3 刘萌;纳米尺度周期结构提高LED发光效率机制的研究[D];山东大学;2017年

4 陈新莲;微纳米结构增强蓝光LED发光效率的研究[D];山东大学;2013年

5 尹正茂;氧化物微纳米结构提高GaN基LED光提取效率的研究[D];山东大学;2014年

6 岳庆炀;介质纳米结构增强发光二极管发光效率的研究[D];山东大学;2014年

7 林异株;利用表面等离激元技术提高发光二极管发光效率的研究[D];山东大学;2011年

8 丁立军;文冠果种仁油制备生物柴油技术的研究[D];内蒙古农业大学;2013年

9 高晖;利用纳米尺度金属/介质结构增强GaN基蓝光LED发光效率的研究[D];山东大学;2012年

10 袁冬;LED光热结构优化设计[D];华南理工大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 杨新;电流阻挡层大功率LED设计制备及特性研究[D];北京工业大学;2019年

2 范广鑫;钕玻璃宽带激光放大能量提取效率研究[D];中国工程物理研究院;2019年

3 曾繁响;GaN基LED器件中影响其光电性能的主要因素研究[D];闽南师范大学;2019年

4 李俊梅;Ⅲ-Ⅴ氮化物基紫外发光二极管光子提取效率调控的研究[D];长春理工大学;2018年

5 许崇杰;利用复模式分析方法对LED光提取效率的研究[D];山东大学;2017年

6 张骞;表面等离子激元提高半导体光提取效率的结构设计[D];燕山大学;2015年

7 郝阳;利用表面等离子激元提高LED光提取效率的研究[D];燕山大学;2013年

8 林晓煜;利用纳米压痕技术提高AlGaInP LED光提取效率的研究[D];山东大学;2015年

9 孙笠馨;高增益高提取效率的固体激光放大器研究[D];长春理工大学;2017年

10 许庆涛;采用光子晶体与全向反射镜提高LED光提取效率[D];山东大学;2009年

本文编号：2611098