GaN基白光LED的结温测量

　410发　　光　　学　　报第27卷

结果,测量的是单只LED的球面积分光谱。结温是利用管脚温度法得到的结果。从图中看出,两种情况下,蓝白比R与结温都有较好的线性关系,可通过测量光谱算得R值,然后用下面的换算公式得到结温:

Tj=T0+

R-RKr

强度的降低除了来自于蓝光强度的降低,而且随着温度的升高,荧光粉的光转化效率也在减小,所以荧光粉发光的减弱比蓝光更显著。

改变注入电流(恒定环境温度)时,一方面随着电流的增大,蓝光LED芯片光谱发生变化,峰值波长变化,另一方面,随着电流增大,结温在升高,这两个因素都会导致荧光粉光转化效率的降低。由于蓝光和荧光粉发光部分随结温升高的变化规律不一样,这必然导致白光LED的色度学性质的变化。Nakamura等报道了在InGaN/GaN量子阱LED电致发光谱中,随着注入电流的增加光谱表现出一种“蓝移”现象。蓝移的物理机理是电流的增加促使InGaN/GaN量子阱载流子增加,并对量子阱中的强极化压电场起到了库仑屏蔽作用

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其中T0为参考结温,Tj是要测量的结温;R0和R分别是结温为T0和Tj时的蓝白比;Kr是比例系数,可以通过测量两组不同的参考结温和蓝白比

得到Kr=(R0-R1)/(T0-T1),也可以通过测量多组已知结温情况下的蓝白比作线性拟合。对于图5,在恒流条件下1/Kr=-29817℃,结温Tj=T0-29817℃×(R-R0),如果取参考测量点(R0=1.6414,T0=105.9℃),那么换算公式可

。如果按照Nakamura等报道的“蓝移”现

以写成:

Tj=10519℃-29817℃×(R-116414)

象,,这时候“蓝;,结温升,,可能抵。我们在实验中观察到了类似的现象据

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,分别计算R=W,。

由R1/Kr值的误差<(01005/012)×29817℃≈715℃,而(R-1.6414)项的

。利用GaN基材料的一般参数

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以及一般<5mm封装GaN基白光LED的典型数

,我们分析了一维简化的热阻模型

。从分

值最多约0.1,而且误差也在0.005,这样由R值误差带来的结温Tj的误差ΔTj(1)<(715×011+01005×29817)℃≈212℃。此实验中所用的结

析中看出,要想降低LED器件的结温,需要考虑

的主要因素有:(1)减小接触电阻和串联电阻,增大外量子效率,使器件的总热功率降低;(2)提高封装材料(目前常用的是环氧树脂)的热导率;(3)改进杯架和管脚的结构设计;(4)用热导率高

温由管脚温度法得到,而管脚温度法中的热阻系数是结合了正向电压法算得的,所以相应的误差也会延续到这里ΔTj(2)<510℃。相比较而言,ΔTj(2)项是这里的主要误差,如果RΘj2p的误差能够控制在5℃/W以内,那么ΔTj(2)将不超过0.5℃,总的误差将不超过3℃。3.4　讨论

的材料来制成散热片和增大散热面积。

4　结　　论

分别用正向电压法、管脚法和蓝白比法等三种不同方法测量GaN基白光LED的结温,获得了准确、简便的结温测量方法。在正向电压方法测量中,我们得到了正向电压随环境温度变化有较好的线性关系,通过最小二乘法线性拟合所得到的结温误差在2℃以内;另一方面考虑到结温的瞬态特性,我们估算由此引入的系统误差约2℃,因此正向电压法测得的结温误差小于4℃。管脚法是利用Pt电阻测量LED的管脚温度,然后通过耗散功率和热阻系数求得结温。管脚法的误差决定于封装的热阻的误差,如果热阻误差在5℃/W以内,结温误差将不超过0.5℃。蓝白比法是一种非接触的测量方法,它利用的是白光LED的电

改变环境温度(恒定注入电流)时,随着结温升高,蓝光LED芯片不仅电学输运性质发生变化,正向电压降低,而且内量子效率的降低也导致发光效率的降低,这使得发光强度降低。结温升高,发光效率的降低主要是由于缺陷的影响增加,从而引起注入效率和复合效率的降低,而效率降低又使得发热严重,从而又对缺陷影响进一步增加。另外结温升高会导致蓝光部分的峰值波长红移,这归因于GaN基半导体材料的禁带宽度与温度的依赖关系。由于蓝光峰的红移,荧光粉(YAG∶Ce)的有效激发效率降低了。荧光粉发光