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LED电极结构对LED特性的影响


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目录 第一章 绪论
1.1 引言——LED 的概述——————————3 1.2 GaN LED 的介绍及其发展前景——————3 1.2.1 1.2.2 1.3 1.4 1.5 1.6 LED 的基本结构 —————————3 LED 的发展及优势————————4

LED 的发光原理——

——————————5 LED 基本光电参数———————————7 LED 的应用—————————————11 LED 光源的特点———————————14 5 插枝电极结构的 LED 模拟分析—————18 7 插枝电极结构的 LED 模拟分析————22

第二章 LED 电极结构对 LED 特性的影响———16
2.1 2.2

2.3 旋转型电极结构的 LED 模拟分析—————25 2.4 不同电极结构队 LED 出光效率影响————28 2.5 插枝电极结构的个数优化————————35 第三章 心得体会——————————————38

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第一章





1.1 引言——LED 的概述
LED(Light Emitting Diode),中文含义是发光二极管,是一种能够将电能转化为可 见光的固态的半导体器件,可以直接把电转化为光,具有体积小、耗电量低、使用寿命长、 亮度高、热量低、环保、耐用等特点。主要应用于各种室内、户外显示屏,汽车内部的仪表 板、刹车灯、尾灯,电子手表,手机等。 LED 产业链主要包括 4 个部分:LED 外延片、LED 芯片制造、LED 器件封装和产品应用, 此外,还包括相关配套产业。 一般来说,外延属于 LED 产业链的上游,芯片属于中游,封装和应用属于下游。上游属 于资本、技术密集型的领域,而中游和下游的进入门槛则相对较低 LED 制作材料通常为砷、 磷、 镓等Ⅲ- Ⅴ 族元素, 制作过程包括上游的晶圆制作、 磊晶成长, 中游的扩散制程、金属蒸镀、晶粒制作,以及下游的产品封装及应用市场等。目前,国内市 场主要是下游产品封装与应用,欠缺的是上游核心技术,这也是正等待我们去研究、努力攻 克的课题。

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GaN LED 的介绍及其发展前景.

1.2.1 LED 的基本结构
所谓 LED,就是发光二极管,顾名思义发光二极管是一种可以将电能转化为光能的电 子器件,具有二极管的特性。基本结构为一块电致发光的半导体模块(如图 1.1) ,封装在环 氧树脂中, 通过针脚作为正负电极并起到支撑作用。 LED 的心脏是一个半导体的晶片(如 图 1.2),晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个 晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是 P 型半导体,在它里 面空穴占主导地位,另一端是 N 型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接 起来的时候,它们之间就形成一个“P-N 结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候, 电子就会被推向 P 区,在 P 区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量, 这就是 LED 发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成 P-N 结的材料决定

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的。此外,发光二极管的结构主要由 PN 结芯片,电极和光学系统组成。

图 1.1

LED 构造图

图 1.2 贴片 LED

1.2.2 LED 的发展及优势
1.LED的发展
近年来,世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。 美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划” ,欧盟也在2000年7月 宣布启动类似的“彩虹计划” 。我国科技部在“863”计划的支持下,2003年6月 份首次提出发展半导体照明计划但是,由于投入在技术和推广上的成本居高不 下,使得令万千消费者翘首以待的LED照明产品一直可望而不可及,迟迟未能揭 开其神秘的贵族面纱!经过近几年的发展,LED的成本已有所下降,慢慢进入日 常生活中。
随着全球 LED 市场需求的进一步加大,未来我国 LED 产业发展面临巨大机遇。然而,目 前 LED 核心技术和专利基本被国外垄断,国内企业在"快乐"中"痛苦"前行。 2008 年,北京奥运会开幕式上,神奇的“画卷”彩屏出自中国金立翔科技有限公司; 2009 年,国庆 60 周年阅兵式,天安门广场上的巨幅彩屏出自中国利亚德电子科技有限 公司; 2010 年,上海世博会开幕式上,1 万平米的半导体发光二极管(Light Emitting Diode, 简称 LED)大屏幕出自中国锐拓显示技术有限公司?? 作为目前全球最受瞩目的新一代光源,LED 因其高亮度、低热量、长寿命、无毒、可回 收再利用等优点,被称为是 21 世纪最有发展前景的绿色照明光源。我国的 LED 产业起步于

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20 世纪 70 年代,经过近 40 年的发展,现已形成上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和 石家庄 7 个国家半导体照明工程产业化基地, 产品广泛应用于景观照明和普通照明领域, 我 国已成为世界第一大照明电器生产国和第二大照明电器出口国。

2.LED 的优势:
1.寿命非常长 2.LED 元件的体积非常小 3.LED 的发出的光线能量集中度很高 4.LED 响应时间非常快 5.LED 的发光指向性非常强 6.LED 使用低压直流电即可驱动 7.能够较好地控制发光光谱组成 8.可以通过控制半导体发光层半导体发光层半导体材料的禁止带幅 9.显色性高

1.2.3 LED 的发光原理:
在 PN 结的两端加上正向偏置电压后,空穴和自由电子相互移动形成内电场。随后新注 入的空穴和自由电子再重新复合, 复合的同时以光子的形式释放多余的能量, 这个能量就是 LED 发出的光(如图 1.3) 。发光二极管 LED (Light Emitting Diode) 是利通过智能控制时发 光绚丽多彩。用二极管內电子与空隙结合过程中能量转换产生光的输出。LED 可以发出多 种色光,可以通过智能控制时发光绚丽多彩。

图 1. 3

LED 发光原理

LED 是由Ⅲ 族化合物,如 GaAs(砷化镓) -Ⅳ 、GaP(磷化镓) 、GaAsP(磷砷化镓)等半 导体制成的,其核心是 PN 结。因此它具有一般 P-N 结的 I-N 特性,即正向导通,反向截止、
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击穿特性。此外,在一定条件下,它还具有发光特性。在正向电压下,电子由 N 区注入 P 区,空穴由 P 区注入 N 区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多 子)复合而发光。 LED 的基本结构为一块电致发光的半导体模块,封装在环氧树脂中,通过针脚作为正负电 极并起到支撑作用。主要由 PN 结芯片、电极和光学系统组成。 实际上 LED,就是发光二极管(light emitting diode) 。其发光过程包括三部分:正向偏 压下的载流子注入、 复合辐射和光能传输。 微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中, 当电子经过该晶片时,带负电的 电子移动到带正电的空穴区域并与之复合,电子和空穴消 失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量(带隙)越大,产生的光子的能量就越高。光子 的能量反过来与 光的颜色对应,可见光的频谱范围内,蓝色光、紫色光携带的能量最多, 桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙,从而能够发出不同颜色 的光。 LED 照明光源的主流将是高亮度的白光 LED。目前,已商品化的白光 LED 多是二波长, 即以蓝光单晶片加上 YAG 黄色荧光粉混合产生白光。未来较被 看好的是三波长白光 LED, 即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三颜色荧光粉混合产生白光,它将取代荧光灯、紧凑型节 能荧光灯泡及 LED 背光源等市场。

PN 结 (1)PN 结的形成 动画演示

当P型半导体和N型半导体结合时, 由于交界面处存在的载流子浓度差, 于是电子和空 穴都会从高浓度区域向低浓度区域扩散。我们知道,电子与空穴都是带 电的,其扩散的结 果就导致了P区和N区原来的电中性被破坏。 这样, P区一侧失去空穴剩下不能移动的负离 子, N区一侧失去电子而留下不能移动的正离子。 这些 不能移动的带电粒子就是空间电荷。 在空间电荷集中在P区和N区交界面附近,形成了一很薄的空间电荷区,就是 P-N 结 。 在 P 区一侧为负电荷, 区为正电荷, N 于是空间电荷区, 便出现了由 N 到 P 的电场(如图 1.4)。 这个电场是载流子扩散运动形成的,而不是外加电压形成的,这便是内电 场。由于内电场 的存在,使得 P-N 结处于动态平衡状态(如图 1.5) 。

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图 1.4

图 1.5 当我们给 P-N 结一个正向电压,便改变了 P-N 结的动态平衡。注入的少数载流子(少子) 与多数载流子(多子)复合时,便将多余的能量以光的形式释放 出来,从而把电能直接转 换为光能。如果给 PN 结加反向电压,少数载流子(少子)难以注入,故不发光。 利用注入式电发光原理制作的二极管就是我们常说得发光二极管,即 LED。在 LED 得两端 加上正向电压,电流从 LED 阳极流向阴极时,半导体晶体就发 出从紫外到红外不同颜色的 光线。调节电流,便可以调节光的强度。

(2)PN 结最重要的特性:具有单向导电性 动画演示
可以通过改变电流可以变色,这样可以通过调整材料的能带结构和带隙,便可以多色发光。

1.2.4 LED 基本光电参数
(1).电参数
几种光所对应的顺向电压如图 1.6 所示:

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图 1.6 IF 正向电流:

几种光所对应的正向电压

正向工作电流 IF:它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用 中应根据需要选择 IF 在 0.6·Fs 以下。 I 以正常的寿命讨论, 通常标准 IF 值设为 20 - 30mA ,瞬间(20ms)可增至 100mA ;IF 值增大:寿命缩短、VF 值增大、 波长偏低、温度上升、亮度增大、角度不变。 VF:正向工作电压:
正向工作电压指正向电流流过 LED 材料上所产生的电压值。

VZ:反向电压:
反向电压指逆向电流流过 LED 材料上所产生的电压值。

IR 反向击穿电流: IR 是反映二极管的反向特性, IR 值太大说明 P/N 结特性不好,很快快被 击穿; IR 值太小或为说明二极管的反向很好;通常 IR 值较大时 VR 值相对会 小, IR 值较小时 VR 值相对会大;R 的大小与芯片本身和封装制程均有关系, 制程主要体现在银胶过多或侧面沾胶,双线材料焊线时焊偏,静电亦会造成反向 击穿,使 IR 增大。 VR 反向击穿电压: VR 是衡量 P/N 结反向耐压特性, 当然 VR 赿高赿好。 R 值较低在电路中 V 使用时经常会有反向脉冲电流经过,容易击穿变坏。VR 又通常被设定一定的安 全值来测试反向电流( IF 值),一般设为 5V。红、黄、黄绿等四元芯片反向 电压可做到 20 - 40V ,蓝、纯绿、紫色等芯片反向电压只能做到 5V 以上。

(2).光参数
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光通量:
(lm) 发光强度为 1CD 的均匀点光源在单位立体角内发出的光通量, 单位流明 (LM) 。 由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度,我们不能直接用光源的辐射功率 或辐射通量来衡量光能量,必须采用以人眼对光的感觉量为基准的单位----光通量来衡量。 光通量用符号 Φ 表示,单位为流明(lm) 。

发光强度:
(cd)通常,一个光源在各个方向上有着不同的照射强度。光源在单位立体角内发射 的光通量 光通量是说明某一光源向四周空间发射出的总光能量。不同光源发出的光通量在空 间的分布是不同的。发光强度的单位为坎得拉,符号为 cd,它表示光源在某单 位球面度立体角(该物体表面对点光源形成的角)内发射出的光通量。1 cd = 1 lm/1 sr (sr:立体角的球面度单位) 。

峰值波长:
光谱辐射功率最大的值所对应的波长。 光谱半波宽 峰值发射波长的辐射功率的 1/2 所对应两波长的间隔。 光谱宽度窄意味着单色性好, 发光颜色鲜明,清晰可见。 相对光谱能量(功率)分布 在光辐射波长范围内,各个波长的辐射能量分布情况。

亮度:
亮度(cd/m2)是表示眼睛从某一方向所看到物体发射光的强度。单位为坎德拉/平方米 [cd/m2],符号为 L,表明发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量,它等于1平方 米表面上发出1坎德拉的发光强度。

色温:
当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时,黑体的温度就称为 该光源的色温,用绝对温度 K(开尔文,开氏度 = 摄氏度 + 273.15 )表示。 (Color rendering property) 显色性

原则上,人造光线应与自然光线相同,使人的肉眼能正确辨

别事物的颜色,当然,这要根据照明的位置和目的而定。
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光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性。通常叫做"显色指数"(Ra) 。显色性是指事 物的真实颜色(其自身的色泽)与某一标准光源下所显示的颜色关系。Ra 值的确定,是将 DIN6169标准中定义的8种测试颜色在标准光源和被测试光源下做比较,色差越小则表明被 测光源颜色的显色性越好。

I-V 特性 表征 LED 芯片 pn 结制备性能主要参数。LED 的 I-V 特性具有非线性、 整流 性质:单向导电性,即外加正偏压表现低接触电阻,反之为高接触电阻。(如图 1.7):

图 1.7 I-V 特性曲线 图1.8显示了典型 InGaAlP LED(黄色和琥珀红)的正向电压特性。 也可以把 LED 作为电 压源与电阻串联建模, 并查看模型与实际测量之间的良好关联性。 电压源有一个负的温度系 数 , 当 结 温 上 升 时 , 电 压 源 的 正 向 电 压 会 发 生 负 的 变 化 。 InGaAlP LED 的 系 数 在 -3.0mV/K~-5.2mV/K 之间, InGaN LED(蓝色、 而 绿色和白色)的系数则在-3.6mV/K~-5.2mV/K 之间。这就是为什么不能直接对 LED 进行并联的原因。产生热量最多的器件需要更大的电 流,更大的电流会产生更多的热量,进而引起散热失控。

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图 1.8:LED 作为电阻与电压源串联建模

图 2 显示了作为工作电流函数的相对光输出(光通量)。很明显,光输出与二极管电流是密 切相关的,因此,可以通过改变正向电流进行调光。并且,在电流较小时,曲线几乎是一条 直线,但是在电流增大时,其斜率变小了。这就是说,在电流较低的时候,若将二极管电流 增大一倍, 则光输出也会增加一倍;但是电流较高的时候, 情况就不是这样了: 电流上升 100% 仅能使光输出量增加 80%。 这一点很重要, 因为 LED 是由开关电源驱动的, 这会导致在 LED 中产生相当大的纹波电流。 实际上, 电源的成本在某种程度上是由所允许的电流大小决定的, 纹波电流越大,电源成本就越低,但光输出会因此受到影响。

1.2.5 LED 的应用
1.指示类 2.LED 背光类 3.LED 显示屏类 4.手持产品背光,闪光类 5.汽车应用类 6.通用照明类 7.景观照明类 8.特殊照明类

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图 1.9 LED 的应用领域
LED 应用范围: LED 驱动通常分为三种: (1)阻限流驱动 (2)恒流驱动 (3)恒压驱动 (1)显示屏、交通讯号显示光源的应用 LED 灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和 寿命长等特点,广泛应用于各种室内、户外显示屏,分为全色、双色和单色显示屏,全国共 有 100 多个单位在开发生产。 交通信号灯主要用超高亮度红、 黄色 LED, 因为采用 LED 绿、 信号灯既节能,可靠性又高,所以在全国范围内,交通信号灯正在逐步更新换代,而且推广 速度快,市场需求量很大,是个很好的市场机会。 汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和 外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短,需 要经常更换。1987 年,我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于 LED 响应速度快, 可以及 早提醒司机刹车,减少汽车追尾事故,在发达国家,使用 LED 制造的中央后置高位刹车灯 已成为汽车的标准件,美国 HP 公司在 1996 年

半导体照明

(1) 推出的 LED 汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。此外,在汽车仪表板及其他各 种照明部分的光源,都可用超高亮度发光灯来担当,所以均在逐步采用 LED 显示。我国汽 车工业正处于大发展时期,是推广超高亮度 LED 的极好时机。近几年内会形成年产 10 亿

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元的产值,5 年内会形成每年 30 亿元的产值。 (2) LED 背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目,LED 作为 LCD 背光源应用,具有寿 命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点, 已广泛应用于电子手表、手机、BP 机、电 子计算器和刷卡机上,随着便携电子产品日趋小型化,LED 背光源更具优势,因此背光源 制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。LED 是手机关键器件,一部普通手机 或小灵通约需使用 10 只 LED 器件, 而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约 20 只 LED 器件。现阶段手机背光源用量非常大,一年要用 35 亿只 LED 芯片。目前我国手机生 产量很大,而且大部分 LED 背光源还是进口的,对于国产 LED 产品来说,这是个极好的市 场机会。 (3) LED 照明光源早期的产品发光效率低,光强一般只能达到几个到几十个 mcd,适用在室 内场合,在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是 LED 光 源替代白炽灯和荧光灯,这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。日本为节约能源,正在 计划替代白炽灯的发光二极管项目( 称为" 照亮日本") ,头五年的预算为 50 亿日元,如果 LED 替代半数的白炽灯和荧光灯,每年可节约相当于 60 亿升原油的能源, 相当于五个 1.35 × 106kW 核电站的发电量, 并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生, 改善人们生活居住的 环境。我国也于 2004 年投资 50 亿大力发展节能环保的半导体照明计划。 其它应用例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋,走路时内置的 LED 会闪烁发光,仅温州地区一 年要用 5 亿只发光二极管;利用发光二极管作为电动牙刷的电量指示灯,据国内正在投产 的制造商介绍, 该

LED 灯具

(4) 公司已有少量保健牙刷上市,预计批量生产时每年需要 3 亿只发光灯;正在流行的 LED 圣诞灯,由于造型新颖、色彩丰富、不易碎破以及低压使用的安全性,近期在香港等东南亚 地区销势强劲,受到人们普遍的欢迎,正在威胁和替代现有电泡的圣诞市场。(6)家用室内 照明的 LED 产品越来受人欢迎,LED 筒灯,LED 天花板,LED 日光灯,LED 光纤灯已悄 悄地进入家庭!
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1.2.6 LED 光源的特点:
1.蓝宝石衬底 LED 中的电流集聚(拥挤)效应
绝缘蓝宝石衬底上的 GaN 基发光二极管(LED)中,由于横向电阻的存在造成了靠近 n 型电 极台面边缘局部区域电流拥挤,为此从焦耳热和金属电迁移两方面研究了电流拥挤效应对器 件可靠性的影响,加速寿命实验结果表明:电流均匀扩展可以使可靠性得到有效改善。 更多 还原

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.

2.LED 的电极结构
LED 芯片是单电极还是双电极,取决于芯片材料. 一般来说,二元(GaAs,),三元(GaAsP),四元(AlGaInP),SiC 材料的采用单电极结构,上正 下负,因为这些衬底材料可导电,仅需在上面做单个电极. 如是用蓝宝石(人造的)作衬底的(一般是蓝\绿光),因该材料不导电,所以,正负极都做在同 一面,所以是双电极. 至于性能上,大部分无可比性,唯一可比的是,SiC 的蓝\绿光(单电极)和蓝宝石的蓝\绿 光(双电极)作比较,区别如下: 1. 2. 3. 因衬底材料不同,导致芯片可靠性不同,单电极的好于双电极的. 单电极的 ESD 优于双电极; 单电极的价格高于双电极,原因是工艺难度不同;

GAN 基 LED 器件结构与工艺:LED 器件芯片大都是用金属有机物气相沉积法 MOCVD 或分子 束外延法 MBE 在 80UM 厚的蓝宝石衬底上先生长一层低温 GAN 缓冲层,再在高温条件下外延 一层 N_GAN,接着在 N_GAN 外延层上生长 5~12 层的多量子陷层,然后在多量子陷层上外延 P_GAN 层,接着在 P_GAN 层上制作 ITO 透明电极并淀积金属 HI/AU 作为 P 电极,最后刻蚀掉 部分 P_GAN 与 N_GAN,露出 N_GAN 并制作 N 电极,N 电极采用金属 TI/AL/NI/AU。

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LED电极结构,其包括:第一电极,该第一电极包括至少两个第一环指部分、至少一 个第一连接部分以及至少一个第一接触部分, 每一第一环指部分与第一连接部分相连, 第一 接触部分设于第一环指部分上;以及第二电极,该第二电极包括至少两个第二环指部分、至 少一个第二连接部分以及至少一个第二接触部分,每一第二环指部分与第二连接部分相连, 第二接触部分插入于第二连接部分的拐角处; 第二电极呈封闭状环绕第一电极, 并且第一电 极每一部分与第二电极对应部分之间具有一定间距。 本发明使得发光元件的电流分布更为均 匀、发热更为均匀。 一基底由 GaAs 或 GaP 制成,作为磊晶的基板;一发光二极管 pn 接面,由磊晶技术磊晶 于基底之上;一氧化硅膜,形成于晶粒四周围,以减少切割道附近的电场强度;一透明导电 层,形成在 p 型半导体及氧化硅上,使正电压均匀加于 P 型半导体层上;一金属遮光反射 层,由金锗合金或金的金合金制成,沉积于透明导电层上,中间有一开口使光经由此开口射 出; 一接线垫, 以铝或铝合金或金制成, 一长条形形成在晶粒的一侧以作正极联机的接线垫; 一基底金属负极,形成在基底上作为光的反射层及负电极以连接于基板或印刷电路板上。 一种单电极 LED 芯片结构,包括 n 金属电极层、蓝宝石衬底粗化层、蓝宝石衬底、外延 层、钝化层、透明电极层及焊料层,所述的焊料层表面上通过光学镀膜的方式形成有 DBR 光学反射层, 所述的焊料层底部设置有一高导电导热基座层; 本实用新型所述的单电极 LED 芯片通过采用高导热导电基座取代高热阻及绝缘的原衬底, 使得芯片散热能力显著改善, 由 于量子阱的电-光转换效率是随着温度的增加而降低,LED 芯片在散热性能上的改善使得芯 片可以在大电流下仍然维持较高的电-光转换效率,实现大功率高亮度;同时本实用新型将 芯片倒置,利用 DBR 光学反射层使得取光方向改道透明的蓝宝石衬底,提高了芯片的外量 子效率,增加取光效率。

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图 1.10

双异质结 GaN 蓝光 LED

1.电压:LED 使用低压电源,供电电压在 6-24V 之间,根据产品不同而异,所以它
是一个比使用高压电源更安全的电源,特别试用于公共场所。

2.效能:消耗能量较同光效的白炽灯减少 80% 3.试用性:很小,每个单元 LED 小片是 3-5MM 的正方形,所以可以制备成各种形
状的器件,并且适合于易变的环境

4.稳定性:10 万小时,光衰为初始的 50% 5.响应时间:其白炽灯的响应时间为毫秒级 6.对环境污染:无有害金属汞 7.颜色:改变电流可以变色,发光二极管方便地通过化学修饰方法,调整材料的能
带结构和带隙,实现红黄光效得到大幅度的提高。在 2000 年,前者做成的 LED 在红,橙区 的光效达到 100 流明/瓦,而后者制成的 LED 在绿色区域的光效可以达到流明/瓦。 LED 的特点非常明显,冷性发光不产生,元件寿命长( 十万小时以上 ),反应速度很快,体 积小,光效高,无辐射与低功耗,适合量产,环保。LED 的光谱几乎全部集中于可见光频 段,其发光效率可超过 150lm/W(2010 年) 。将 LED 与普通白炽灯、螺旋节能灯及 T5 三 基色荧光灯进行对比,结果显示:普通白炽灯的光效为 12lm/W,寿命小于 2000 小时,螺 旋节能灯的光效为 60lm/W, 寿命小于 8000 小时, 荧光灯则为 96lm/W, T5 寿命大约为 10000 小时, 而直径为 5 毫米的白光 LED 光效理论上可以超过 150lm/W, 寿命可大于 100000 小时。

LED 灯泡以及灯具图片

第二章 LED 电极结构对 LED 特性的影响
APSYS 软件介绍及模拟步骤
本节 GaN LED 的电极结构进行了优化设计与模拟,使用的模拟软件是 Crosslight 公司 的 Apsys 软件。APSYS 软件基于 2/3 维的有限元分析方法,其基本原理是用户建立自己的 器件结构以及设置材料参数,通过 APSYS 软件求解 2/3 维的光、电、热的方程,得到描述 该器件光和电特性的数据及相应的曲线。基于 APSYS 软件全面的物理模型,可以计算模拟

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出用来描述该器件特性的高质量的数据和曲线, 从而能够全面的评估该器件的设计以及给出 相应的优化方案。APSYS 软件作为一款优秀的半导体光电器件的计算机辅助设计工具可以 用来优化已有的器件结构或者设计新的器件。 它提供一个非常简单且易行的模拟环境, 使得 用户可以专心于器件的优化和设计,把所有的数学计算工作交给计算机来完成。 在模拟中, 主要的步骤如图 2.1 所示。 使用到的界面程序有四个: LayerBuilder、 GeoEditor、 SimuApsys、CrosslightView。

图 2.1 GaN 基蓝光 LED 的结构一般是由 p-GaN 层,有源区,n-GaN 层,蓝宝石衬底。本 文模拟 GaN LED 芯片的尺寸大小为 1mm× 1mm,器件结构主要包括 2μm 厚 n-GaN 层,5 个周期的 In0.2Ga0.8N/In0.08Ga0.92N 量子阱,其中阱的厚度为 3nm、垒的厚度 为 10nm,0.25μm 厚的 p-GaN。按照上图的步骤: 1、 首先在 LayerBuild(3D)界面程序中建立大尺寸三维 GaN LED 器件结构和 设置相应的材料参数,建立三维的器件结构是按照器件材料生长顺序,从 衬底层开始一层一层的建立,有几层就会产生几个.layer 文件。 2、 然后对.layer 文件进行处理,则会产生.mater(材料参数文件) ,.doping(杂 质分布文件) ,.geo 文件,对.geo 文件处理会产生计算所需的.mesh(网格结 构信息)文件。

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最后在 SimuApsys 界面程序中设置主要的模拟计算文件.sol 文件,在.sol 文 件中要声明对以上的.mater,.doping,.mesh 文件的调用,设置物理和计算 参数。

4、

计算结束后,查看模拟结果有两种方法:1)、建立.plt 文件,使用相应的命 令得到图形化的结果, 在 CrosslightView 图形界面程序中查看模拟结果。 2)、 下面的有关大功率 LED 的电极结构优化设计在器件模拟中均使用的同样的 尺寸和材料。

2.1

5 插枝电极结构的 LED 模拟分析

建立了如下图所示的5插指电极结构的三维 LED 器件,并进行模拟

电极俯视图

电极正视图 其中模拟中所采用的材料参数如下表所示
- 17 17

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Material n-GaN InGaN/InGaN 量子阱 (5 个量子阱) p-GaN 垒:In0.08Ga0.92N 阱:In0.2Ga0.8N

Doping(cm-3) 7× 18 10 7× 18 10 0 5× 17 10

Thickness(μm) 2.0 0.010 0.003 0.25

电流电压特性

纵坐标表示电流,单位是 A(安培) ,横坐标表示电压,单位是 V(伏特) 。 模拟结果的说明:对.sol 文件模拟之后,为了得到两种电极不同的电流电压特 性,通常把它们的结果图形化。在.plt 文件中设置这样的语句: plot_scan variable pcurrent_1 scan_var pvoltage_1 && scale_horizontal p-1 就可以用 gsview 软件得到图形化的结果。
LED 的内部发光效率: 发光效率为评测光源效率的指标,用光源发出的光通量 (lm)与向光源输入的电力(W)之比表 示。单位为 lm/W。

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18

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纵坐标表示内量子效率,是无单位的量,横坐标表示电流,单位是单位是 A (安培)模拟结果的说明:为了比较不同的电极对出光效率的影响,就必须要知 道他的内量子效率,以及外量子效率。用图形的形式画出内量子效率,便于直观 的计较电极形状的影响。 通过设置这样一个语句就可以得到图形化的内量子效率: plot_scanvariable=led_effi scan_var=current_1
发光效率是将外部量子效率用视觉灵敏度(人眼对光的灵敏度)来表示的数值。外部量子 效率是发射到 LED 芯片 和封装外的光子 个数相对于流经 LED 的电子个数(电流)所占的比 例。 组合使用蓝色 LED 芯片和荧光体的白色 LED 的外部量子效率,是相对于内部量子效率(在 LED 芯片发光层内发生的光子个数占流经 LED 芯片的电子个数(电流)的比例)、芯片的光取 出效率(将所发的光取出到 LED 芯片之外的比例)、荧光体的转换效率(芯片发出的光照到荧 光体上转换为不同波长的比例)以及封装的光取出效率(由 LED 和荧光体发射到封装外的光 线比例)的乘积决定。

LED 的光谱分布

横坐标表示波长,单位是微米(um),纵坐标表示相对强度,单位是
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1026/cm3/s/eV 模拟结果的说明:为了比较电极优化的好坏,对主波长进行模拟,看看哪一个电 极比较好,使得发光的波长在最靠近蓝光的范围。 通过设置这样一个语句就可以得到图形化的能谱图: get_data main_input=design.sol sol_inf=design.out xy_data=[ 2 4] && &&

gain_spectrum variable=sp.rate ????(画出光谱图)

电流总功率分布

横坐标表示电流,单位是 A(安培) ,纵坐标表示,发射的总功率,单位是 W(瓦 特) 。 模拟结果的说明: 在.plt 文件中使用如下命令可得到总的发光源功率随电流的分布情况: plot_scan variable = led_power scan_var = current_1

电流发射功率分布

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横坐标表示电流,单位是 A(安培) ,纵坐标表示,发射的总功率,单位是 W(瓦 特) 模拟结果说明: 在对.plt2 文件中进行命令的模拟执行后,执行.plt3 文件中如下的命令变可 得到如上的分布图: 3drayplot_bias variable=transmitted &&

relative=no bias_variable=current bias_electrode=1

2.2

7 插枝电极结构的 LED 模拟分析

建立了如下图所示的7插指电极结构的三维 LED 器件,并进行模拟

其中模拟中所采用的材料参数如下表所示 Material n-GaN InGaN/InGaN 量子阱 (5 个量子阱) p-GaN 垒:In0.08Ga0.92N 阱:In0.2Ga0.8N Doping(cm-3) 7× 18 10 7× 18 10 0 5× 17 10 Thickness(μm) 2.0 0.010 0.003 0.25

电流电压特性

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纵坐标表示电流,单位是 A(安培) ,横坐标表示电压,单位是 V(伏特) 。 模拟结果的说明:对.sol 文件模拟之后,为了得到两种电极不同的电流电压特 性,通常把它们的结果图形化。在.plt 文件中设置这样的语句: plot_scan variable pcurrent_1 scan_var pvoltage_1 && scale_horizontal p-1 就可以用 gsview 软件得到图形化的结果。
LED 的内部发光效率

纵坐标表示内量子效率,是无单位的量,横坐标表示电流,单位是单位是 A (安培)模拟结果的说明:为了比较不同的电极对出光效率的影响,就必须要知 道他的内量子效率,以及外量子效率。用图形的形式画出内量子效率,便于直观 的计较电极形状的影响。 通过设置这样一个语句就可以得到图形化的内量子效率: plot_scan variable=led_effi scan_var=current_1

LED 的光谱分布

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22

- 23 -第 23 页 共 38 页

横坐标表示波长,单位是微米(um),纵坐标表示相对强度,单位是1026/cm3/s/eV 模拟结果的说明:为了比较电极优化的好坏,对主波长进行模拟,看看哪一个电 极比较好,使得发光的波长在最靠近蓝光的范围。 通过设置这样一个语句就可以得到图形化的能谱图: get_data main_input=design.sol sol_inf=design.out xy_data=[ 2 4] && &&

gain_spectrum variable=sp.rate ????(画出光谱图)

电流总功率分布

横坐标表示电流,单位是 A(安培) ,纵坐标表示,发射的总功率,单位是 W(瓦 特) 。 模拟结果的说明: 在.plt 文件中使用如下命令可得到总的发光源功率随电流的分布情况: plot_scan variable = led_power scan_var = current_1

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23

- 24 -第 24 页 共 38 页

电流发射功率分布

横坐标表示电流,单位是 A(安培) ,纵坐标表示,发射的总功率,单位是 W(瓦 特) 模拟结果说明: 在对.plt2 文件中进行命令的模拟执行后,执行.plt3 文件中如下的命令变可 得到如上的分布图: 3drayplot_bias variable=transmitted &&

relative=no bias_variable=current bias_electrode=1

2.3 旋转型电极结构的 LED 模拟分析
建立了如下图所示的旋转型电极结构的三维 LED 器件,并进行模拟

其中模拟中所采用的材料参数如下表所示 Material Doping(cm-3) Thickness(μm)

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24

- 25 -第 25 页 共 38 页

n-GaN InGaN/InGaN 量子阱 (5 个量子阱) p-GaN 垒:In0.08Ga0.92N 阱:In0.2Ga0.8N

7× 18 10 7× 18 10 0 5× 17 10

2.0 0.010 0.003 0.25

电流电压特性

纵坐标表示电流,单位是 A(安培) ,横坐标表示电压,单位是 V(伏特) 。 模拟结果的说明:对.sol 文件模拟之后,为了得到两种电极不同的电流电压特 性,通常把它们的结果图形化。在.plt 文件中设置这样的语句: plot_scan variable pcurrent_1 scan_var pvoltage_1 && scale_horizontal p-1 就可以用 gsview 软件得到图形化的结果。

LED 的内量子效率

纵坐标表示内量子效率,是无单位的量,横坐标表示电流,单位是单位是 A

- 25 -

25

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(安培)模拟结果的说明:为了比较不同的电极对出光效率的影响,就必须要知 道他的内量子效率,以及外量子效率。用图形的形式画出内量子效率,便于直观 的计较电极形状的影响。 通过设置这样一个语句就可以得到图形化的内量子效率: plot_scan variable=led_effi scan_var=current_1

LED 的光谱分布

横坐标表示波长,单位是微米(um),纵坐标表示相对强度,单位是1026/cm3/s/eV 模拟结果的说明:为了比较电极优化的好坏,对主波长进行模拟,看看哪一个电 极比较好,使得发光的波长在最靠近蓝光的范围。 通过设置这样一个语句就可以得到图形化的能谱图: get_data main_input=design.sol sol_inf=design.out xy_data=[ 2 4] && &&

gain_spectrum variable=sp.rate ????(画出光谱图)

发射总功率分布

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26

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横坐标表示电流,单位是 A(安培) ,纵坐标表示,发射的总功率,单位是 W(瓦 特) 。 模拟结果的说明: 在.plt 文件中使用如下命令可得到总的发光源功率随电流的分布情况: plot_scan variable = led_power scan_var = current_1

电流发射功率分布

横坐标表示电流,单位是 A(安培) ,纵坐标表示,发射的总功率,单位是 W(瓦 特) 模拟结果说明: 在对.plt2 文件中进行命令的模拟执行后,执行.plt3 文件中如下的命令变可 得到如上的分布图: 3drayplot_bias variable=transmitted &&

relative=no bias_variable=current bias_electrode=1

2.4 不同电极结构队 LED 出光效率影响
对以下三种的电极结构进行 raytracing 模拟, 得出三种不同电极结构对 LED 出光效率的 影响。
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5 叉指型电极结构

是 7 叉指型电极结构

是旋转型电极结构
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由软件进行 raytracing 模拟结果 5 插指型电极的出光效率的研究
Numerically Absorbed Power (W,%): 9.722017580846931E-002 20.0036827947005

TRANSMITTED POWER in absolute and relative to whole sphere (%) units INTO +y half-sphere: 2.476975451622522E-002 -y half-sphere: 2.572467483420101E-002 -x half-sphere: 2.736919094974261E-002 +x half-sphere: 2.312523840068361E-002 +z half-sphere: 2.503770928703771E-002 -z half-sphere: 2.545672006338849E-002 50.4149079232505 49.5850920767481 45.7976032171717 54.2023967828269 50.9455699670829 49.0544300329157

TRANSMITTED POWER in absolute and relative to total (%) units THROUGH -y side: 8.772999661134837E-003 +y side: 7.291301275651644E-003 -x side: 1.913968768408306E-004 0.202913258905702 +x side: 9.695895901798765E-003 -z side: 4.976970323478083E-002 +z side: 3.560438631150639E-002 *** TOTAL: Total source power (W) 0.505212487196877
- 29 29

3.87862117687730

2.42895722229577

5.97844556247655

47.7643545937999

37.7467081856434

- 30 -第 30 页 共 38 页

TRANSMITTED POWER in absolute and relative to emitted (%) units 6.86328025930945E-002 13.5853493202340

SEMICONDUCTOR ABSORBED POWER in absolute and relative to emitted (%) units 0.375296695670176 62.0107323641674

CONTACTS ABSORBED POWER in absolute and relative to emitted (%) units 0.135591311267391 22.4039183155986

插指型电极的出光效率的研究
Numerically Absorbed Power (W,%): 7.044739358831939E-002 25.1809437983705

TRANSMITTED POWER in absolute and relative to whole sphere (%) units INTO +y half-sphere: 1.655763622902342E-002 -y half-sphere: 1.686570523952461E-002 -x half-sphere: 1.818730898008152E-002 +x half-sphere: 1.523603248846652E-002 +z half-sphere: 1.768191868498020E-002 -z half-sphere: 1.574142278356785E-002 47.0970947006635 52.9029052993388 45.5850068216676 54.4149931783347 50.4608590837512 49.5391409162511

TRANSMITTED POWER in absolute and relative to total (%) units THROUGH -y side: 9.697303548510812E-004 +y side: 2.419705387938078E-003 -x side: 1.613857831849002E-003 +x side: 1.604035964280430E-003 -z side:
- 30 30

2.90135669338638

7.23956756452708

4.82853527187791

4.79914901922626

- 31 -第 31 页 共 38 页

1.230264821531389E-002 +z side: 1.451336371431592E-002 *** TOTAL: Total source power (W) 0.279764706805303

36.8085525706375

43.4228388803483

TRANSMITTED POWER in absolute and relative to emitted (%) units 3.342334146854727E-002 11.9469470792853

SEMICONDUCTOR ABSORBED POWER in absolute and relative to emitted (%) units 0.207408519079855 74.1367706628544

CONTACTS ABSORBED POWER in absolute and relative to emitted (%) units 3.893284625690124E-002 13.9162822578603

旋转插指型电极的出光效率的研究
Numerically Absorbed Power (W,%): 8.362082859417763E-002 23.7935941980365

TRANSMITTED POWER in absolute and relative to whole sphere (%) units INTO +y half-sphere: 2.091945171481037E-002 -y half-sphere: 2.192875049690412E-002 -x half-sphere: 2.310809716898936E-002 +x half-sphere: 1.974010504272513E-002 +z half-sphere: 2.240612011496713E-002 -z half-sphere: 2.044208209674734E-002 47.7081441964399 52.2918558035579 46.0698559654571 53.9301440345406 51.1777609444450 48.8222390555528

TRANSMITTED POWER in absolute and relative to total (%) units THROUGH -y side: 2.060169044909541E-003 +y side:
- 31 31

4.80806413937772

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2.220594621623398E-003 -x side: 1.702102207244488E-003 +x side: 2.772627862142483E-003 -z side: 1.564938983342210E-002 +z side: 1.844331864237290E-002 *** TOTAL: Total source power (W) 0.351442610553887

5.18246859145061

3.97240051947641

6.47081492110863

36.5228621637322

43.0433896648531

TRANSMITTED POWER in absolute and relative to emitted (%) units 4.284820221171545E-002 12.1920908065715

SEMICONDUCTOR ABSORBED POWER in absolute and relative to emitted (%) units 0.260340790297954 74.0777533741988

CONTACTS ABSORBED POWER in absolute and relative to emitted (%) units 4.825361804421738E-002 13.7301558192297

模拟结果的说明:
1、 TRANSMITTED POWER in absolute and relative to whole sphere (%) units INTO 这一部分的数据是指分别从-y,+y,-x,+x,-z,+z 六个方向射入半导体的 绝对功率值的大小以及从各方向射进半导体的功率各自占总发射功率的百分 比。 2、TRANSMITTED POWER in absolute and relative to total (%) units THROUGH 这一部分的数据是指分别从-y,+y,-x,+x,-z,+z 六个方向射出半导体的 绝对功率值的大小以及它们各自占总发射功率的百分比。 3、Total source power (W) 指的是总的发射功率,也就是内量子效率的那一部分功率 4、 TRANSMITTED POWER in absolute and relative to emitted (%) units 指半导体吸收的绝对功率值的大小以及它占总发射功率的百分比 5、 CONTACTS ABSORBED POWER in absolute and relative to emitted (%) units
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指电极吸收的绝对功率值的大小以及它占总发射功率的百分比

出光效率的比较
1、5插指型电极的出光效率 ①输入情况: 电压:2.56V 电流:0.35A 则输入电功率:0.896W ②进行数据分析 由模拟的结果可以知道总的发射功率(total source power)为0.505W,发射出去的功率 (transmitted power in absolute)为0.06832W,从而得到出光率:13.58%。 我们知道我们的输入电功率为0.896W,则得到单位电输入功率下的发射功率为0.505 ÷0.896=0.56。 也就是内量子效率为56% 从而得到单位输入电功率下的出光率:0.56×13.58%=7.6%。 2、7插指型电极的出光效率 ①输入情况: 电压:2.81V 电流:0.35A 则输入电功率:0.984W ②进行数据分析 由模拟的结果可以知道总的发射功率(total source power)为0.280W,发射出去的功率 (transmitted power in absolute)为0.0334W,从而得到出光率:11.95%。 我们知道我们的输入电功率为0.984W,则得到单位电输入功率下的发射功率为 0.280÷0.984=0.285。 也就是内量子效率为28.5% 从而得到单位输入电功率下的出光率:0.285×11.95%=3.4%。 3、旋转插指型电极的出光效率 ①输入情况: 电压:2.72V 电流:0.35A 则输入电功率:0.952W ②进行数据分析 由模拟的结果可以知道总的发射功率(total source power)为0.35W,发射出去的功率 (transmitted power in absolute)为0.043W,从而得到出光率:12.19%。 我们知道我们的输入电功率为0.952W,则得到单位电输入功率下的发射功率为0.35

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33

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÷0.952=0.37。 也就是内量子效率为37% 从而得到单位输入电功率下的出光率:0.37×12.19%=4.5%。

2.5 插枝电极结构的个数优化
插指个数优化设计与模拟
建立了三维器件模型如图 3.4.1-1 所示的插指个数分别为 3(如图 3.4.1-1a 所示) ,5(如 图 3.4.1-1b 所示) ,7(如图 3.4.1-1c 所示) 。

a

b 插指型电极结构

c

图 3.4.1-2 不同插指数的 IV 特性曲线 三种不同插指个数对应的 IV 特性如图 3.4.1-2 所示图, 最陡的那条曲线是插指数为 7 的 I-V 特性曲线,坡度最斜的那条是插指数为 3 的 I-V 特性曲线。很显然插指数为 7 的 I-V 特 性最好,最接近理想二极管的 I-V 特性。 表 3.4.1-1 不同插指数的光功率与发光效率

- 34 -

34

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N 电极插 指个数 3 5 7

正向电压 Vf(V) 1.253 1.06 1.04

总光功率 P2(W) 0.605 0.603 0.603

发射出去的 光功率 P3(W) 0.0943 0.0940 0.0913

光提取效率 ηex (%) 15.59 15.58 15.13

光电转换效率 ηopt (%) 7.48 8.89 8.78

表 3.4.1-1 所示是这三种插指数的 GaN LED 对应的光功率,其中,输入电功率 P1,总光

源功率 P2, 发射出去功率 P3, 光提取效率 ηex, 光电转换效率 ηopt, 其中:



由表 3.4.1-1 中的数据我们可以得出:①相同的注入电流时,注入电压随着 N 电极插指个数 的增加而减小,这主要是由于 N 电极插指个数越多,则 P、N 电极分布越密,间距越短,那 么电流分布就会越均匀[17]。②光提取效率随着插指数的增加有所降低,插指数为 3 的光提 取效率最高,原因是 N 电极插指数越多意味着被刻蚀掉的有源区越多即有效的发光有源区 面积越少, 而且电极也会对光有一定的遮挡和吸收。 ③最终综合了电流分布情况和光提取效 率,得到光电转换效率最高的是 5。 由上面的分析我们可以得出,插指数越多电流分布越均匀,但是随着插指数的增多,也 就意味着有效的发光有源区的面积就越少, 会导致出光光功率越低, 因此最终我们可得到插 指数为 5 的电极结构是折中的最佳插指结构,光电转换效率最高。因此我们得到适合 1mm*1mm 芯片大小大功率的 LED 的插指型结构较佳的 n 电极插指数为 5 的插指型电极结 构。

插指电极宽度的设计与模拟
在上面我们得到了 N 电极插指个数为 5 时的插指型电极结构最佳。接下来,我们对插 指数为 5 的插指型电极结构的 N、P 电极条的宽度进行优化,为了方面接下来对模拟结果的 分析,五种电极宽度分别用标号 A,B,C,D,E 表示如表 3.4.2-1 所示。 表 3.4.2-1 五种电极条宽度 电极类型 标号 A 插指数为 5 的插指型电 极结构 B C D
- 35 35

N 电极条宽度 (um) 32 20 12 12

P 电极条宽度 (um) 35 30 20 12

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E

8

8

表 3.4.2-2 是这五类电极宽度在注入电流为 300mA 时对应的模拟数据。 可以看出电极宽 度对出光光功率有一定的影响, 注入电流在 300mA 时 C 类电极宽度 (也就是 N 电极宽 12 um, P 电极宽 20 um)的出光功率最多,其次是 D 类。电流在 300mA 时,正向电压最小的是 C 类(N、P 电极宽度为 12 um、20 um) 。光提取效率最高的电极宽度为 C 类(N、P 电极宽度 为 12 um、20 um) ,是 E 类电极宽度的 1.51 倍。最终的光电转换效率最高的也是电极宽度 为 C 类的,是 E 类电极宽度的光电转换效率 1.6 倍。 表 3.4.2-2 在 300mA 工作电流下的不同电极尺寸的模拟结果 N 电极 宽度 (um) 32 20 12 12 8 P 电极 宽度 (um) 35 30 20 12 8 输入电 正向电压 功率 Vf(V) P1(W) 3.05 3.06 2.98 3.07 3.16 0.915 0.918 0.894 0.921 0.948 P2(W) 0.751 0.752 0.755 0.753 0.753 P3(W) 0.117 0.120 0.127 0.124 0.084 功率 光功率 效率 ηex (%) 15.58 15.95 16.82 16.47 11.16
A B C D F

总光

发射出去的

光提取

光电转换 效率 ηopt (%) 12.78 13.07 14.20 13.46 8.87

18 16

Sp.Rate 10^26(1/cm^3/s/eV)

14 12 10 8 6 4 2 0 -2 0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

Wavelenth(um)

图 3.4.2-1 不同电极宽度的光谱图 图 3.4.2-1 是这五种电极宽度在工作电流为 300mA 时所对应的光谱图, 可以发现电极宽 度对于 LED 器件的发光波长几乎没有影响,但是对于光谱强度有一定的影响,其中 D 类电
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极宽度(N、P 电极宽度为 12um、12 um)的光谱强度最高,其次是 C 类电极宽度。 ,对这五种电极宽度不同的插指型电极结构进行模拟,通过对 IV 特性、出光光功率与 电流关系、光提取效率、光电转换效率和光谱图的比较,可以发现电极宽度对 IV 特性没有 太大的影响,但是对光提取效率有一定的影响,其中光提取效率最高的是 C 类电极宽度, 其次是 D 类电极宽度,C 类的光提取效率仅仅比 D 类高了 2.1%,但是 D 类的光谱强度比 C 类高了大约 23%左右。因此综合出光效率和光谱强度一起来考虑的话,D 类电极宽度(N、 P 电极宽度为 12 um、12 um)是最佳,其次是 C 类(N、P 电极宽度为 12 um、20 um) 。 综上, 我们定性分析了 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的影响. 基于此, 我们对 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,发现优化的环形插指电极结构使芯片表面温度分布比较均匀,说明芯 片内电流扩展均匀,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.

心得体会:
通过此次毕业设计,我不仅把知识融会贯通,而且丰富了大脑,同时在查找资料的 过程中也了解了许多课外知识,开拓了视野,认识了将来光电子的发展方向,使自己在专业 知识方面和动手能力方面有了质的飞。 作为一名信息工程专业的大学生, 我在大学三年的学习生活中, 系统地学习了电子及其 相关专业的个门课程。都是以电子为基础的,为了更深入的理解并掌握大学所学内容,我的 毕业设计选择了由范玉佩老师指导的 LED 电极结构对 LED 特性的影响的设计课题。 毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业,它既是对学校所学知识的全 面总结和综合应用, 又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端, 毕业设计是我 对所学知识理论的检验与总结, 能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力; 是我在 校期间所交的最后一份综合性作业, 从老师的角度来说, 指导做毕业设计是老师对学生所做 的最后一次执手训练。其次,毕业设计的指导是老师检验其教学效果,改进教学方法,提高 教学质量的绝好机会。 毕业的时间一天天临近, 毕业设计也接近了尾声。 在不断地努力下我的毕业设计终于完 成了。 在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结, 但是真的 面对毕业设计时发现自己的想法基本是错误的。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检 验, 而且也是对自己能力的一种提高。 通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化
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了,面对单独的课题的时感觉很茫然。自己要学习的东西还太多,以前老是觉得自己什么东 西都会一点,什么东西都懂一点,有点眼高手低。通过这次毕业设计,我才明白学习是一个 长期积累的过程, 在以后地工作, 生活中都应该不断地学习, 努力提高自己知识和综合素质。 总之,不管学会的还是学不会的的却觉得困难比较多,真是万事开头难,不知道如何入手。 最后终于做完了,有种如释重负的感觉。此外,还得出一个结论:实践是检验真理的唯一标 准!

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