高功率密度的陶瓷封装LED器件在大电流工作时, 其顶面发光均匀性是该类器件的关键指标。本文在3.5 mm×3.5 mm的氮化铝陶瓷基板上金锡共晶了1.905 mm×1.830 mm(75 mil×72 mil)的LED倒装蓝光大功率芯片, 然后分别制作成蓝光器件和白光器件, 并分别对器件顶面的微区发光均匀性进行了研究。结果表明, 蓝光器件在电流＜3 A时, 其顶面光强分布均匀, 均匀性受N电极孔和电极间隙的影响较小; 在4～8 A电流时, 蓝光器件顶面光强分布不均匀, 贯穿N电极孔测试区的光强大于电极孔之间测试区的光强, 电极间隙区光强最低, 离N电极孔越远的测试点光强越低; 蓝光器件在8 A时整体光强达到饱和, 而不同微区的光饱和程度及峰值波长随电流的变化有所不同; 白光器件在0~4 A电流时, 其顶面光强分布均匀。

在大小为5.80 mm×2.55 mm×0.50 mm的8芯陶瓷封装基板上分别共晶了8颗和4颗1.125 mm×1.125 mm(45 mil×45 mil)的倒装蓝光LED芯片,在4.15 mm×2.55 mm×0.50 mm的6芯基板上共晶了6颗和3颗同规格芯片。在部分样品芯片侧边涂围了高反射白墙胶,研究了涂覆白墙胶对器件光功率的影响。在部分涂围了白墙胶样品的芯片顶面涂覆荧光粉硅胶混合层制备了白光器件,研究了共晶芯片数及共晶位置对蓝光/白光器件光功率、光通量和色温的影响。结果表明,共晶芯片的数量(额定功率)与陶瓷基板面积的匹配程度、陶瓷基板热电分离金属层与芯片共晶位置的匹配度会显著影响陶瓷封装LED的发光性能。

在铝基板上贴片了不同间距的四颗芯片级封装发光二级管(CSP-LED)模组, 测试了不同贴片间距CSP-LED模组的EL光谱、流明效率、光通量、相关色温等光电参数。结果显示, 在小电流(20~400 mA)下, 随着注入电流的增大, 不同排布间距的蓝、白光样品的光电性能基本呈现相同的变化规律,即光通量、光功率呈线性增长, 光效基本保持稳定; 在大电流(1~1.5 A)下, 随着芯片间排布间距减小, EL光谱积分强度降低, 色温升高, 红色比下降, 排布间距为0.2 mm的光通量衰减了84.58%, 相比之下排布间距为3 mm和5 mm的光通量衰减明显减缓, 分别为8.96%和3.58%, 这些现象与禁带宽度、热应力、非辐射复合等因素有关。结果表明, CSP白光LED光通量衰减主要是荧光粉退化导致的, 考虑到实际生产成本问题, 排布间距为3 mm时, 有利于热量散出, 进而提高LED光电性能特性及其自身的使用寿命。

针对最近点迭代算法(ICP)在大数据点云下配准效率低及对配准点云初始位置依赖性强的缺点,提出了一种基于快速点云粗配准与 ICP 算法相结合的方法。根据体素对原始点云进行下采样,结合法向量特征提取关键点,使用快速点特征直方图(FPFH)算法描述关键点;根据局部邻域内的关键点匹配对的向量夹角特性进一步对匹配点对进行精简;对精简后的关键点对集使用随机采样一致性算法(RANSAC)获取内点最多的变换参数,从而完成点云粗配准;最后在粗配准点云的基础上使用 ICP 算法完成精确配准。实验结果表明,本算法在高密集点云上的配准效率和精度均有所提高。

由于芯片之间存在的热耦合效应, 多芯片LED器件内部存在复杂热学规律。本文通过多芯片LED热学模型描述多芯片LED器件系统内部热阻支路路径, 进而通过有限体积数值计算多芯片LED器件结温。通过本文试验验证, 单颗芯片、2颗芯片、3颗芯片以及4颗芯片在负载不同电功率(0.3~1.2 W)情况下,结温的测试值和计算值的最小误差值为0.8%, 最大误差值为6.8%, 平均误差值为3.4%, 计算结果与测试结果基本保持一致, 因此有利论证了多芯片LED热学模型可为评价多芯片LED器件热学性能提供重要的参考作用, 有助于更全面分析多芯片LED热阻内部芯片之间的热耦合效应。该实验结果为准确预测多芯片LED器件内部结温提供了重要理论依据。

将Si衬底GaN基LED外延薄膜经晶圆键合、去硅衬底等工艺制作成垂直结构GaN基LED薄膜芯片,并对其进行不同温度的连续退火, 通过高分辨X射线衍射(HRXRD)研究了连续退火过程中GaN薄膜芯片的应力变化。研究发现: 垂直结构LED薄膜芯片在160～180 ℃下退火应力释放明显, 200 ℃时应力释放充分, GaN的晶格常数接近标准值。继续升温应力不再发生明显变化, GaN薄膜的晶格常数只在标准晶格常数值附近波动。扫描电子显微镜给出的bonding层中Ag-In合金情况很好地解释了薄膜芯片应力的变化。

在Si衬底上外延生长了3种不同量子垒结构的绿光外延片并制作成垂直结构芯片, 3种量子垒结构分别为GaN、In0.05Ga0.95N/Al0.1Ga0.9N/In0.05Ga0.95N、In0.05Ga0.95N/GaN/In0.05Ga0.95N, 对应的3种芯片样品为A、B、C, 研究了3种样品的变温电致发光特性。垒结构的改变虽然对光功率影响很小, 但是在光谱性能上会引起显著改变, 结果如下: 在低温(13 K)大电流下, 随着电流密度的增大, 样品的EL谱峰值波长蓝移更为显著, 程度依次为B>A≈C; 在高温(300 K)小电流下, 随着电流密度的增大, 样品EL谱的峰值波长蓝移程度的大小依次为A>B>C。在同一电流下, 随着温度的升高, 样品在大部分电流下的EL谱峰值波长出现“S”型波长漂移, 在极端电流下又表现出不同的漂移情况。这些现象与局域态、应力、压电场、禁带宽度等因素有关。

利用金属有机化合物气相外延沉积技术在2 inch (5.08 cm) Si(111)图形衬底上生长了GaN外延薄膜,在Al组分渐变AlGaN缓冲层与GaN成核层之间引入了AlN插入层,研究了AlN插入层对GaN薄膜生长的影响。结果表明，随着AlN插入层厚度的增加,GaN外延膜(002)面与(102)面X射线衍射摇摆曲线半峰全宽明显变小,晶体质量变好,同时外延膜在放置过程中所产生的裂纹密度逐渐减小直至不产生裂纹。原因在于AlN插入层的厚度对GaN成核层的生长模式有明显影响,较厚的AlN插入层使GaN成核层倾向于岛状生长,造成后续生长的n-GaN外延膜具有更多的侧向外延成分,从而降低了GaN外延膜中的位错密度,减少了GaN外延膜中的残余张应力。同时还提出了一种利用荧光显微镜观察黄带发光形貌来表征GaN成核层形貌和生长模式的新方法。

采用电镀金属基板及湿法腐蚀衬底的方法将硅衬底上外延生长的GaN MQW LED薄膜转移至不同结构的金属基板, 通过高分辨X射线衍射(HRXRD)和光致发光(PL)研究了转移的GaN薄膜应力变化。研究发现：(1)转移至铜基板、铬基板、铜/镍/铜叠层基板等三种基板的GaN薄膜张应力均减小, 其中转移至铬基板的GaN薄膜张应力最小。(2)随着铬基板中铬主体层厚度的增加, 转移后的GaN薄膜应力不发生明显变化。

将硅(Si)衬底上外延生长的氮化镓(GaN)基LED薄膜,通过电镀的方法转移到铜支撑基板、铜铬支撑基板以及通过压焊的方法转移到新的硅支撑基板,获得了垂直结构蓝光LED器件,并对其老化特性进行了对比研究。研究结果表明,在三种基板中铜支撑基板的器件老化后光电特性最稳定。把这一现象归结于三种样品的应力状态以及基板热导率的不同,其中应力状态可能是影响器件可靠性的最主要因素。