本文選題：發(fā)光二極管 + 發(fā)光效率　； 參考：《東南大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：大功率半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)作為一種新型固態(tài)光源,已被廣泛應(yīng)用于綠色智慧照明、可見(jiàn)光通信等領(lǐng)域。隨著LED技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,對(duì)LED發(fā)光效率和穩(wěn)定性的要求越來(lái)越高。提高LED發(fā)光效率包括提升內(nèi)外量子效率方法,包括表面粗糙表面光子晶體以及新材料結(jié)構(gòu)等。本文主要研究提高LED發(fā)光效率和有效熱管理等關(guān)鍵問(wèn)題。本文首先提出了基于光學(xué)鄰近效應(yīng)的光刻過(guò)程,采用合適的工藝條件,實(shí)現(xiàn)在LED表面用單次刻蝕制備分層粗化結(jié)構(gòu)。通過(guò)建立了該結(jié)構(gòu)的菲涅爾近場(chǎng)衍射理論模型,仿真分析了在光刻工藝中由光鄰近效應(yīng)導(dǎo)致LED表面粗化后的光場(chǎng)分布。設(shè)計(jì)了AlGaInP LED表面GaP層單次刻蝕分層粗化的實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)驗(yàn)研究采用不同的光刻和反應(yīng)離子刻蝕參數(shù)對(duì)GaP表面分層粗化程度的影響,最佳工藝參數(shù)時(shí)該LED芯片抽光效率提高了 162%。其次,為了進(jìn)一步研究光子晶體結(jié)構(gòu)對(duì)LED抽光效率的提高作用,本文提出了 LED表面二維六角晶格漏斗型空氣孔光子晶體(PC)結(jié)構(gòu)方案。通過(guò)分析并優(yōu)化設(shè)計(jì)該結(jié)構(gòu)參數(shù),并提出在GaN LED表面制備該P(yáng)C結(jié)構(gòu)的三光束激光干涉方法,分析了激光三光束干涉圖形和激光功率、光束夾角之間的關(guān)系。研制了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),試驗(yàn)探究不同激光輸出功率密度與光子晶體形貌關(guān)系,獲取了最佳工藝參數(shù)。基于該P(yáng)C結(jié)構(gòu)的GaN LED抽光效率比平面型的提高了 55.7%。本文探究了在LED表面制備納米周期Ag/Si雙曲超材料(HMMs)結(jié)構(gòu)對(duì)提高LED發(fā)光性能及內(nèi)量子效應(yīng)的影響。通過(guò)建立數(shù)值分析模型,研究該HMMs結(jié)構(gòu)對(duì)GaP LED發(fā)光效率和Purcell系數(shù)的影響。提出了在GaP LED表面制備納米周期Ag/Si HMMs結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)方法,通過(guò)磁控濺射在GaP LED表面形成Ag/Si HMMs膜,再采用聚焦離子束刻蝕出納米周期結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,220nm周期HMMs GaP LED比平面LED的發(fā)光效率提高了 1倍,光子衰減速率提高了 2倍。本文對(duì)LED有效熱管理進(jìn)行研究,提出了基于LED芯片內(nèi)溫度測(cè)量閉環(huán)反饋式大功率LED熱管理方案,建立了 LED熱傳導(dǎo)模型�；贏NSYS對(duì)大功率LED器件(CSM 360)進(jìn)行散熱分析,分別獲得無(wú)散熱、鱗片輔助散熱條件下的該器件的溫度分布,設(shè)計(jì)了熱管集成和半導(dǎo)體集成一體化散熱結(jié)構(gòu),研制了 80W CSM 360的恒流驅(qū)動(dòng)和基于熱管散熱的熱管理系統(tǒng),保證了大功率LED穩(wěn)定工作。
[Abstract]:As a new solid-state light source, high-power semiconductor light-emitting diode (LED) has been widely used in green intelligent lighting, visible light communication and other fields. With the further development of LED technology, the efficiency and stability of LED luminescence are becoming more and more important. Improving the luminescence efficiency of LED includes improving the internal and external quantum efficiency, including the photonic crystal with rough surface and the structure of new materials. This paper focuses on the key issues of improving the luminescence efficiency and effective thermal management of LED. In this paper, the process of photolithography based on optical proximity effect is proposed, and the layer coarsening structure can be fabricated by single etching on LED surface using suitable process conditions. By establishing the Fresnel near-field diffraction theory model of the structure, the light field distribution of LED surface coarsening caused by the optical proximity effect in lithography process is simulated and analyzed. The experimental scheme of single etching and coarsening of GaP layer on AlGaInP LED surface was designed. The influence of different lithography and reactive ion etching parameters on the coarsening degree of GaP surface was studied. The extraction efficiency of the LED chip was improved by 162i when the optimum process parameters were used. Secondly, in order to further study the effect of photonic crystal structure on the efficiency of LED pumping, a scheme of two-dimensional hexagonal lattice funnel-type air hole photonic crystal structure on LED surface is proposed in this paper. By analyzing and optimizing the structure parameters, a three-beam laser interference method is proposed to fabricate the PC structure on the surface of GaN LED. The relationship between laser interference pattern, laser power and beam angle is analyzed. A corresponding experimental system was developed to study the relationship between different laser output power density and photonic crystal morphology, and the optimum technological parameters were obtained. The light pumping efficiency of GaN LED based on this PC structure is 55.7% higher than that of plane type. In this paper, the effect of nanoscale Ag/Si hyperbolic supermaterial (HMMs) prepared on the surface of LED on the enhancement of LED luminescence performance and internal quantum effect has been investigated. The influence of the HMMs structure on the luminescence efficiency and Purcell coefficient of GaP LED was studied by establishing a numerical analysis model. An experimental method of fabricating nanoscale periodic Ag/Si HMMs structure on GaP LED surface was proposed. Ag/Si HMMs films were formed on the surface of GaP LED by magnetron sputtering, and then the nanoscale periodic structure was etched by focusing ion beam. The results show that the photonic decay rate and photonic decay rate of 220nm periodic HMMs GaP LED are twice as much as that of planar LED. In this paper, the effective heat management of LED is studied, and based on the closed-loop feedback high power LED heat management scheme based on LED chip temperature measurement, the LED heat conduction model is established. Based on ANSYS, the heat dissipation of high power LED device (CSM360) is analyzed. The temperature distribution of the device is obtained under the condition of no heat dissipation and scale-assisted heat dissipation, and the integrated heat dissipation structure of heat pipe integration and semiconductor integration is designed. The constant current drive of 80W CSM 360 and the heat management system based on heat pipe are developed to ensure the stable operation of high power LED.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN312.8

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本文編號(hào)：1895274