【摘 要】
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紫外LED（Lighting Emitting Diode）由于受到全反射效应、外延材料的偏振特性等因素的影响,普遍存在出光提取效率低、散热能力差等问题。本文制备了紫外LED器件,并进行了静电测试、高温高湿测试以及老化测试,发现器件的可靠性较差且寿命较短,仅为508h～2281.3h,因此有必要对该类器件进行改良以提高器件的光和热性能。同时本文采用了仿真的手段,目的是为了节约实验所需的材料和时间,
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紫外LED（Lighting Emitting Diode）由于受到全反射效应、外延材料的偏振特性等因素的影响,普遍存在出光提取效率低、散热能力差等问题。本文制备了紫外LED器件,并进行了静电测试、高温高湿测试以及老化测试,发现器件的可靠性较差且寿命较短,仅为508h～2281.3h,因此有必要对该类器件进行改良以提高器件的光和热性能。同时本文采用了仿真的手段,目的是为了节约实验所需的材料和时间,从芯片和封装结构两方面去研究器件的光性能。首先,通过对比五类新型外延片结构的光提取效率和出光强度并优化了相关参数,得到了当Al N凹槽高度和宽度为150nm和180nm、Al N柱状体高度为300nm、蓝宝石衬底半圆半径和间距为300nm和570nm的新型结构的性能最佳。其次,在平面封装层器件的研究中,当顶部和侧面封装层折射率分别为1.7和1.6时,透光率达到最大。在双层封装层时,不管是半圆封装还是平面封装,界面全反射、光偏移、菲涅尔反射等均是影响光提取的因素。第三,在封装层侧边掺杂Al N纳米颗粒,在TE光和TM光模式下,当颗粒直径分别取值为30nm和10nm、掺杂比例分别为0.9%和0.11%时,器件可获得最大光提取效率。第四,对无机封装玻璃进行柱状刻蚀,图案在高度为200nm、周期为120nm时,器件的光学性能最佳。在热仿真方面,首先对比了陶瓷和金属支架、不同芯片类型、不同衬底模型的热性能,得出陶瓷支架、倒装芯片、高导热衬底的模型散热性能最好;第二,在陶瓷支架电极下方添加铜孔间距为0.4mm、铜孔直径为0.35mm的铜孔可获得较好的散热效果;第三,当散热片长度和宽度为1mm和0.5mm时,散热性能达到最佳;第四,在芯片下方的固晶区域添加长度为1.2mm的导热胶,模型的散热效果最好;第五,改变芯片大小和固晶层大小,分别为1.1mm和1.3mm时,结温、热阻均为最小值;第六,功率小于0.5W时采用0.25W/m·K以及大于0.5W、1W、1.5W、3W时采用大于1W/m·K、2W/m·K、7W/m·K的固晶胶能满足稳定工作状态的条件。本文在提升器件光提取效率、降低器件工作温度等方面取得了一定的成果,这对后续紫外LED的结构设计和器件效率等研究提供了新的思路,对紫外LED的发展起着推动作用。
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