【摘 要】
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发光二极管（Light Emitting Diodes,LED）作为第四代固体光源,因其体积小、能耗低、寿命长、绿色环保等优点被广泛应用。但是LED的应用仍然面临巨大挑战,如芯片电流拥挤、外量子效率低、结温高等。随着LED辐射波长变短,在紫外波段时这种缺点更加明显。目前,紫外LED（Ultraviolet LED,UV-LED）的辐射功率低,电光转换效率不足,除了从外延工艺上改进,提升内量子效率之
【基金项目】
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国家自然科学基金委； 江西省自然科学基金委；
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发光二极管（Light Emitting Diodes,LED）作为第四代固体光源,因其体积小、能耗低、寿命长、绿色环保等优点被广泛应用。但是LED的应用仍然面临巨大挑战,如芯片电流拥挤、外量子效率低、结温高等。随着LED辐射波长变短,在紫外波段时这种缺点更加明显。目前,紫外LED（Ultraviolet LED,UV-LED）的辐射功率低,电光转换效率不足,除了从外延工艺上改进,提升内量子效率之外,封装工艺的研究对提升UV-LED辐射特性,提高器件外量子效率有重要意义。本文主要围绕紫外光B波段LED（UVB-LED）的光热电理论和封装技术进行研究,设计并制备了不同芯片尺寸的UVB-LED器件,并探究其光热电性能。研究成果如下:1.通过对光热电理论的探究以及有限元方法的运用,设计并制备了不同支架封装的PCT-LED和EMC-LED器件,研究结果表明,PCT-LED的发光效率和散热性能都比EMC-LED更加出色,同时耦合仿真的分布结果也与实验值相吻合。但是经过老化实验前后光功率的对比发现,EMC-LED的抗老化性能更好,可靠性更强。该研究为UVB-LED的封装研究提供了理论和实验基础。2.设计制备了不同芯片尺寸的AlGaN基UVB-LED器件,研究发现:芯片尺寸对LED辐射效率和散热性能有很大影响,芯片尺寸为40 mil的UVB-LED虽然辐射功率低于20 mil的UVB-LED,但是其结温和热阻等热学参数受电流影响较小,散热性能更好,验证了模型预测的准确性。3.针对大功率UVB-LED模组的散热问题,本研究提出两种降低工作温度,提升散热性能的方法:（1）改直流驱动为脉冲驱动,通过控制脉冲频率与占空比,来降低LED器件的工作时间,减少芯片产热;（2）为大功率UVB-LED模组配备外置散热器,并用导热管连接,仿真数据表明通过添加外置散热器和导热管的数目,可以大幅提升散热性能、降低模组工作温度。
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