大功率白光二极管研究---专业课论文白色LEDs大爆发，普及元年即将到来！日亚化学工业2006年6月开始供应100lm/w的白色LEDs样品12月已经投入量产100lm/w的发光效率可与很好荧光灯发光效率相比1年前白色LED的发光效率也仅60lm/w,尽管如此,从实际亮度来说,荧光灯和其差不多-----荧光灯全方位发光,而其定向发光。应用上：从“显示”的用途扩展到了照明用途,从公共空间向个人空间扩展。存在问题：转换效率(最多80%;而荧光灯90%)；需要采用散热性能更好的印刷电路板；另外开发各式各样的封装产品。大功率LEDs与传统照明器件（白炽灯）的区别：●白炽灯发光存在一个功率阈值-约为0.4W,功率大于阈值时,白炽灯发光效率随着功率的增加很快,而且发光效率增加的幅度也随着功率增加而增加。（黑体辐射规律）温度升高，波长向可见光移动。●当大功率白光LED功率大于0.11W时,发光效率随功率增加开始缓慢减小,随着功率继续增加,发光效率降低的速度也越来越快,在功率为1W时,白光LED的发光效率为131lm/W。这种现象是在半导体照明中遇到的最大障碍之一,即发光效率与功率不能同时达到最大。大功率白光LEDs发光规律：此图为大功率白光LEDs功率与发光效率的关系,从图可以看出，发光效率并不是功率的单调减函数，当功率在0-0.11w的范围内，发光效率随着功率迅速增加，在0.11w时达到最大，此时的发光效率为156lm/w。(功率较小时,芯片本身发光效率较高,但强度弱,荧光粉层可能吸收一定光),随着功率增加,发光效率降低,但强度增加,荧光粉激发几率增加,当功率为1w时，发光效率为131lm/w,这种现象就是半导体照明中遇到的最大障碍,发光效率与功率不能同时达到最大。荧光灯发光规律：此图为荧光灯发光效率随功率的变化规律,对额定功率为1w的荧光灯研究,发现其存在一个功率阈值,这个阈值为0.4w,小于它不发光,高于时发光效率随功率增加。ηext=ηout*ηin-------ηext=10%ηout为外量子效率；ηin为内量子效率ηout:寻找合适的封装技术如:Flipchipmethodηin:提高芯片质量-改善其发光效率decreasingthedislocationdensityintroducingconfinementstructureincreasingtheP-typedopingefficiency提高大功率LEDs的方法与技术：1、提高内量子效率的方法1、寻找合适的衬底材料，与GaN及其合金小的热失配和晶格失配衬底材料，目前SiC,LiAlO2等具有很大的发展潜力。2、提高制备薄膜和器件的工艺技术，减少薄膜或器件的刃位错和堆积位错密度。3、寻找最佳的荧光粉材料（性能稳定、发光效率和质量高），并提高目前荧光粉质量。4、改善器件的制备工艺，量子阱数量和宽度等。5、提高p型掺杂的程度一条有效的途径：生长无极性GaN薄膜或器件优势：第一点：无极性GaN及合金显著的减弱辐射波长的红移趋势，与极性量子阱比较而言，这种波长偏移减弱了十倍或以上的现象预示了在非极性量子阱中不存在极化诱导电荷。第二点：可以有效的提高p型掺杂浓度，目前报道的电子激活程度的最好结果仅仅是在1-2×1018cm-3之间，加州大学圣芭芭拉分校的研究者们发现对于m面的GaN，产生电子激活的镁掺杂浓度能达到7×1018cm-3,这些比较高的p型掺杂能级能够降低接触电阻，减弱p-n结的启动电压和串联阻抗，产生出高光学输出效率的LEDs和LDs。第三点：无极性LEDs和LDs可产生同行偏振光辐射，可直接被用作背光LCD显示和放映，因为偏振光源能够去除偏振滤波器并使屏幕更薄，更亮，更节能。上述研究小组从m面GaN基LEDs产生的偏振光辐射其偏振度为0.17度（无规则方向和全偏振光的偏振度分别为0.0和1.0），当更多的工作只剩下提高偏振度时，最初的工作显示了m面GaN器件能够瞄准这一极性GaN不能企及的独一无二的领域。2、提高外量子效率的方法主要涉及：封装技术主要介绍两种目前流行的技术：第一：倒装芯片和低热阻封装第二：TIP结构、表面粗化结构和芯片黏贴技术第一：倒装芯片和低热阻封装技术传统的蓝宝石衬底GaN芯片结构,电极刚好位于芯片的出光面,在这种结构中,小部分p-GaN层和“发光层”被刻蚀,以便与下面的n-GaN层形成电接触,光从最上面的p-GaN取出,所以要求在p-GaN层表面在沉淀一层电流扩散金属层,但却会吸收部分光,从而降低了芯片的出光效率;同时此封装...
