专利名称：利用pn结测量LED热阻的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体、光学等技术领域，具体涉及利用pn结测量LED热阻的方法及
其装置。
背景技术：
LED技术已经日渐成熟，特别是LED的应用技术更为广泛应用，LED日光灯、LED灯盘、楼房外观投射灯、LED路灯、LED隧道灯等等已经普遍，但是使用LED时的散热、出光率等相关技术问题还没有从根本上解决，还有待于进一步研究。其中最重要技术之一是测量 LED热阻问题，通过分析LED器件温度特性，可以分析其温度对器件的影响。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用pn结测量LED热阻的方法，该方法能精确测量LED热阻。本发明海提供一种利用pn结测量LED热阻的装置。利用pn结测量LED热阻的方法，所述LED为大功率LED，其特征在于在大功率LED 中，包括一个用于测量大功率LED的芯的温度的肖特基二极管，肖特基二极管与大功率LED 同在一个器件中；大功率LED组装成灯具时，利用热电偶测量散热板的温度，利用肖特基二极管测量大功率LED的芯的温度，然后通过分析计算获得灯具的温度分布及LED热阻。利用pn结测量LED热阻的装置，所述LED为大功率LED，其特征在于在大功率LED 的中心区设置了一个肖特基二极管，大功率LED组装成灯具，灯具内还包括铝基电路板、用于大功率LED供电的恒流电源以及设置于铝基电路板的热电偶；大功率LED固定在铝基电路板上，热电偶与第一电压表相连；该装置还包括肖特基二极管测试系统，肖特基二极管测试系统包括电压源和第二电压表，电压源通过限流电阻与肖特基二极管相连形成回路，第二电压表与限流电阻并联或者与肖特基二极管并联。进一步的，大功率LED从上往下依次包括ρ型GaN层、InGaN/GaN量子阱层、η型高浓度GaN层、η型低浓度GaN层以及衬底，在大功率LED的中心区从上往下设有一个盲孔，盲孔的深度至^GaN/GaN量子阱层或η型高浓度GaN层或η型低浓度GaN层；在盲孔的底部， 制作了肖特基二极管的正电极和肖特基二极管的负电极，在肖特基二极管的正电极上制作了肖特基二极管的正电极焊盘。进一步的，肖特基二极管的正电极为金属Ti/Al/Ti/Au四层结构，Au层与盲孔的底部的hGaN/GaN量子阱层或η型高浓度GaN层或η型低浓度GaN层相连接。在大功率LED的制备中，利用MOCVD技术制造GaN外延片，从上往下依次为ρ型 GaN层、InGaN/GaN量子阱层、η型高浓度GaN层、η型低浓度GaN层和衬底，利用平面工艺技术，设计一颗大功率LED的外延片1. 5mmX 1. 5mm,在芯片的中心设计pn结制备区域为 Φ 0. 3mm,通过离子刻蚀、电子蒸镀等方法，首先从上往下形成一个盲孔，盲孔的深度至η型低浓度GaN层、η型高浓度GaN层或^GaN/GaN量子阱层，在盲孔底部，η型低浓度GaN层、η型高浓度GaN层或hGaN/GaN量子阱层上制备一个负电极和一个正电极，正电极与盲孔底部接触并形成一个肖特基势垒即肖特基二极管，正电极焊盘与正电极形成欧姆接触，在外延片的顶部制备一个LED正电极，在η型高浓度GaN层制备LED负电极，即制造成一个具有 pn结型肖特基二极管的大功率LED。大功率LED中肖特基二极管的势垒随着温度的增加，势垒高度增大，呈现控制电阻增加，即有肖特基二极管两端的控制电压增加的特性，利用GaN材料温度特性可以测量 GaN器件的温度影响，通常情况下GaN材料的白光LED的温度特性0. 2% /。C。GaN材料具有明显的温度影响，参见文献1 :AWaN/GaN和AlGaN SBD的温度特性研究，半导体技术，第34卷第5期2009年5月，研究结果表明AWaN/GaN异质结肖特基二极管，随着温度上升，势垒高度增大，理想因子减小，250°C时势垒高度约为1. &V，理想因子约为1. 1。因此，通过测量肖特基二极管的压降可以精确得到肖特基二极管的温度，肖特基二极管附着在大功率LED内，测出的温度即是大功率LED的芯的温度。关于肖特基二极管的制作方法，可以参考申请号为200910193179.6的中国发明专利申请，一种功率型AWaN/GaN肖特基二极管及其制作方法。本发明利用肖特基二极管来测量大功率LED的工作温度，利用本发明的具有肖特基二极管测温的大功率LED，可以精确地测量大功率LED工作时的芯的温度，肖特基二极管的供电电源采用独立的供电方式，使得其形成独立的回路，不受大功率LED电源的影响，保证测量温度的准确性。大功率LED主要是发光特性，其供电电源与测量温度回路不相关，也同时保证发光电路的独立性。测量大功率LED的芯的温度之前，需要先定标，肖特基二极管供电，(大功率LED 不工作)，肖特基二极管放入恒温箱内，设定恒温箱温度-40°C 140°C，每10°C测量一个电压数据，电压数据为肖特基二极管的压降或者测量回路中取样电阻上的电压，在每个温度点上恒温1小时后测量，共测量19个电压值作为相应温度下的标准电压数据。测量时，大功率LED供电，肖特基二极管供电，测量肖特基二极管的压降或者测量回路中取样电阻上的电压，利用线性插值法计算肖特基二极管的温度，即大功率LED的芯的温度，即可实现利用肖特基二极管精确测温。利用热电偶测量散热板的温度，利用肖特基二极管测量大功率 LED的芯的温度，然后通过分析计算即可获得灯具的温度分布及LED热阻。本发明利用pn结测量LED热阻的方法，简单有效，可精确测量LED热阻。
图1是灯具结构示意图；图2是大功率LED的示意图；图3是一种利用pn结测量LED热阻的装置的结构框图；图4是一种大功率LED的俯视图；图5是图4中A-A，向剖面示意图；图6是图4中B-B，向剖面示意图；图7是肖特基二极管的供电回路示意图。图中，1 大功率LED ；2 大功率LED的电流输入端；3 肖特基二极管的电压输入正端；4 :肖特基二极管的电压输入负端；5 大功率LED的电流输出端；6 热电偶；7 大功率LED的正电极焊盘；8 大功率LED的负电极；9 :肖特基二极管的正电极焊盘；10 肖特基二极管的负电极；11 铝基电路板；12 大功率LED的正电极；13 肖特基二极管的正电极；14 盲孔；15 :pn结型肖特基势垒；17 :p型GaN层；18 :InGaN/GaN量子阱层；19 :n型高浓度GaN 层；20 :n型低浓度GaNM ；21 蓝宝石衬底；22 电压源；23 限流电阻。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。如图1所示，铝基电路板中镶嵌有两个热电偶(6)，具有肖特基二极管的大功率 LED(I)每三个串联，共三组串联电路，大功率LED的电流输入端2与大功率LED的电流输出端5与恒流电源相连接。图3是一种利用pn结测量LED热阻的装置的结构框图，与图1基本对应。第一热电偶与第二热电偶镶嵌在铝基电路板中，并与第一电压表相连接，用于检测铝基电路板相应位置的温度。9个大功率LED固定在铝基电路板中，其由恒流电流供电，本实施例中采用 700mA恒流源方式供电，具有肖特基二极管的大功率LED的功率是2W。肖特基二极管电压源与测量转换器相连，通过测量转换器的切换，肖特基二极管电压源可依次对各个肖特基二极管供电，供电示意图如图7所示。肖特基二极管电压源22与限流电阻23以及肖特基二极管构成串联回路。第二电压表与测量转换器相连，测量转换器切换时，也可依次对各个肖特基二极管进行测量，测量时，第二电压表可与限流电阻23并联或者与肖特基二极管并联。本发明的工作原理如下首先对具有肖特基二极管的大功率LEDl的温度与肖特基二极管的电压的相互对应关系进行定标，具有肖特基二极管的大功率LEDl放入恒温恒湿试验箱内，并进行温度-40 140°C每10°C—个测量点，每个测量点恒温恒湿时间1小时，测量肖特基二极管电压数值，并该温度对应的电压数值作为标准值。测量时，两个热电偶6测量铝基电路板的温度，第二电压表分别测量每个肖特基二极管的电压数值，测量的每个肖特基二极管的电压数值与标准数值进行比较，并可计算出具有肖特基二极管的大功率LEDl的温度值，通过肖特基二极管的温度数值与热电偶测量的铝基电路板温度数值对比，可以得到灯具的热阻或LED的热阻。如图4至图6所示，是本发明的具有肖特基二极管测温的大功率LEDl的一种具体实现方式。利用MOCVD技术制造GaN外延片，在蓝宝石衬底21依次生长η型低浓度GaN层 20、η型高浓度GaN层19、InGaN/GaN量子阱层18、p型GaN层17，即制造成了外延片，再利用平面工艺技术，设计大功率LED的外延片的尺寸为1.5mmX 1.5mm，在芯片的中心设计pn 结制备区域为Φ0. 3mm，通过离子刻蚀方法刻蚀出盲孔14，深度至η型低浓度GaN层20 (深度也可以至η型高浓度GaN层19或hGaN/GaN量子阱层18)，利用电子蒸镀方法，在η型低浓度GaN层20上，制备肖特基二极管的负电极10以及肖特基二极管的正电极13，正电极 13为Ti/Al/Ti/Au四层结构，Au层与η型低浓度GaN层20相连，正电极13与η型低浓度 GaN层20接触并形成一个肖特基势垒15即二极管，肖特基二极管的正电极焊盘9与肖特基二极管的正电极13形成欧姆接触。在外延片的顶部制备大功率LEDl的正电极12，正电极 12上制备大功率LEDl的正电极焊盘1，在η型高浓度GaN层19制备大功率LEDl的负电极 8，即制造成一个具有pn结型肖特基二极管的大功率LED。
权利要求
1.利用Pn结测量LED热阻的方法，所述LED为大功率LED，其特征在于在大功率LED 中，包括一个用于测量大功率LED的芯的温度的肖特基二极管，肖特基二极管与大功率LED 同在一个器件中；大功率LED组装成灯具时，利用热电偶测量散热板的温度，利用肖特基二极管测量大功率LED的芯的温度，然后通过分析计算获得灯具的温度分布及LED热阻。
2.利用pn结测量LED热阻的装置，所述LED为大功率LED，其特征在于在大功率LED 的中心区设置了一个肖特基二极管，大功率LED组装成灯具，灯具内还包括铝基电路板、用于大功率LED供电的恒流电源以及设置于铝基电路板的热电偶；大功率LED固定在铝基电路板上，热电偶与第一电压表相连；该装置还包括肖特基二极管测试系统，肖特基二极管测试系统包括电压源和第二电压表，电压源通过限流电阻与肖特基二极管相连形成回路，第二电压表与限流电阻并联或者与肖特基二极管并联。
3.根据权利要求2所述的利用pn结测量LED热阻的装置，其特征在于大功率LED从上往下依次包括P型GaN层、InGaN/GaN量子阱层、η型高浓度GaN层、η型低浓度GaN层以及衬底，在大功率LED的中心区从上往下设有一个盲孔，盲孔的深度至hGaN/GaN量子阱层或η型高浓度GaN层或η型低浓度GaN层；在盲孔的底部，制作了肖特基二极管的正电极和肖特基二极管的负电极，在肖特基二极管的正电极上制作了肖特基二极管的正电极焊盘。
4.根据权利要求3所述的利用pn结测量LED热阻的装置，其特征在于肖特基二极管的正电极为金属Ti/Al/Ti/Au四层结构，Au层与盲孔的底部的hGaN/GaN量子阱层或η型高浓度GaN层或η型低浓度GaN层相连接。
全文摘要
本发明公开了一种利用pn结测量LED热阻的方法及其装置。利用pn结测量LED热阻的方法，所述LED为大功率LED，其特征在于在大功率LED中，包括一个用于测量大功率LED的芯的温度的肖特基二极管，肖特基二极管与大功率LED同在一个器件中；大功率LED组装成灯具时，利用热电偶测量散热板的温度，利用肖特基二极管测量大功率LED的芯的温度，然后通过分析计算获得灯具的温度分布及LED热阻。本发明可用于精确测量LED热阻。
文档编号G01R31/26GK102207534SQ20111006698
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者严卫聪, 孙慧卿, 王度阳, 解晓宇, 许轶, 郭志友, 韩世洋, 黄鸿勇 申请人:华南师范大学
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