光譜法發(fā)光二極管結(jié)溫測定技術(shù)的研究及應(yīng)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(qū)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)而在越來越多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。目前，研究和應(yīng)用最多的是氮化鎵基發(fā)光二極管，因?yàn)橹灰侠碚{(diào)節(jié)銦鎵氮三元化合物中銦的含量，就能實(shí)現(xiàn)氮化鎵基發(fā)光二極管從深紫外到近紅外波長范圍內(nèi)的發(fā)光。然而不當(dāng)?shù)臒峁芾怼⒋箅娏髅芏认掳l(fā)光效率急劇衰減的現(xiàn)象和襯底不匹配等問題都會(huì)導(dǎo)致發(fā)光二極管發(fā)光效率隨著使用時(shí)間的推移而出現(xiàn)極大的衰降。同時(shí)發(fā)光二極管有源區(qū)尺寸又小且襯底熱導(dǎo)率低、散熱效果差，從而會(huì)導(dǎo)致發(fā)光二極管

2、pn結(jié)溫度的迅速升高。因此人們可以通過測量pn結(jié)的溫度來預(yù)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(dǎo)體材料自身發(fā)光光譜和溫度的關(guān)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(jié)溫度，具體工作和結(jié)果包括：
　　1、基于半導(dǎo)體熒光光譜及對(duì)應(yīng)的帶隙寬度與溫度的關(guān)系設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了發(fā)光二極管pn結(jié)溫度測試系統(tǒng)與樣機(jī)。通過實(shí)驗(yàn)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(guān)系，然后發(fā)展了一種針對(duì)

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(zhǔn)確的測定pn結(jié)溫度的樣機(jī)，最后對(duì)所開發(fā)的系統(tǒng)和方法進(jìn)行了驗(yàn)證和應(yīng)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(dá)±1℃，并且系統(tǒng)具有良好的可重復(fù)性和可再現(xiàn)性。對(duì)比傳統(tǒng)正向電壓法的結(jié)果顯示：不同定標(biāo)電流幅值和樣品批次下，光譜法溫度定標(biāo)系數(shù)的穩(wěn)定性是正向電壓法的30倍以上。此外驗(yàn)證結(jié)果還顯示光譜法對(duì)定標(biāo)電

4、流幅值和樣品批次的影響不敏感，定標(biāo)系數(shù)的適用性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正向電壓法。
　　2、研究了氮化鎵基藍(lán)、綠光發(fā)光二極管中有源層的銦含量對(duì)其熒光和pn結(jié)溫度定標(biāo)系數(shù)的影響。根據(jù)對(duì)不同發(fā)光波長的氮化鎵基藍(lán)、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(guān)系和改變注入電流、溫度時(shí)的電致發(fā)光光譜的變化實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jī)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(fù)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(guān)系。銦相關(guān)的局域態(tài)作用使得光譜峰位藍(lán)移，光譜半高寬快速展寬；而內(nèi)建電場的屏蔽作用則會(huì)造成峰位藍(lán)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(nèi)建電場的影響與銦的含量有關(guān)。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(yīng)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(shí)驗(yàn)中內(nèi)建電場的屏蔽作用起主要作用。藍(lán)、綠光發(fā)光二極管的p

6、n結(jié)溫度定標(biāo)系數(shù)依賴于樣品來源。對(duì)于同一來源的一定發(fā)光波長范圍內(nèi)的樣品，pn結(jié)溫度定標(biāo)系數(shù)和局域態(tài)參數(shù)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(nèi)芯片pn結(jié)溫度的原理，基于此原理研制了發(fā)光二極管pn結(jié)溫度測試樣機(jī)，并在實(shí)際的工程項(xiàng)目中得到了良好應(yīng)用。在此基礎(chǔ)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(chǎn)生率和溫差消除率等有效散熱參數(shù)。通過改變環(huán)境溫度、室溫下的氣流狀況和驅(qū)動(dòng)脈沖電流的占空比等條件獲得