CN102185041A - 具有肖特基二极管测温的大功率led - Google Patents

具有肖特基二极管测温的大功率led Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有肖特基二极管测温的大功率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。本发明利用大功率LED自身的特性制备一个用来测量温度的肖特基二极管，在LED正常工作时，实时测量其温度，对于大功率LED应用具有非常重要的意义，即可以实时监测LED应用产品的实时工作温度。

Description

具有肖特基二极管测温的大功率LED
技术领域
本发明属于半导体、光学等技术领域，具体涉及利用肖特基二极管测温的大功率LED。
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，但是其应用技术还有待于进一步研究，并要解决其散热技术等难题，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。要精确测量LED热阻，首要问题就是如何精确测量LED中心区的温度。目前有一些测量仪器具有测量LED热阻功能，但是准确率并不高，其主要原因就在于不能精确测量LED中心区的温度。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种能精确测量LED中心区的温度的具有肖特基二极管测温的大功率LED。
实现本发明目的的技术方案如下：
具有肖特基二极管测温的大功率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。
进一步的，大功率LED的基本半导体材料为GaN。
进一步的，大功率LED从上往下依次包括p型GaN层、InGaN/GaN量子阱层、n型高浓度GaN层、n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InGaN/GaN量子阱层或n型高浓度GaN层或n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InGaN/GaN量子阱层或n型高浓度GaN层或n型低浓度GaN层相连接。
进一步的，所述盲孔是圆孔。
进一步的，肖特基二极管的正电极为月牙形。
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p型GaN层、InGaN/GaN量子阱层、n型高浓度GaN层、n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1.5mm×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、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n型低浓度GaN层、n型高浓度GaN层或InGaN/GaN量子阱层，在盲孔底部，n型低浓度GaN层、n型高浓度GaN层或InGaN/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n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％/℃。
GaN材料具有明显的温度影响，参见文献1：AlGaN/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AlGaN/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℃时势垒高度约为1.2eV，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。
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AlGaN/GaN肖特基二极管及其制作方法。
本发明的目的是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工作时的中心区温度，肖特基二极管的供电电源E1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E2构成独立回路，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℃～140℃，每10℃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的温度，即可实现利用肖特基二极管精确测温。
本发明的有益之处是利用大功率LED自身的特性制备一个用来测量温度的肖特基二极管，在LED正常工作时，实时测量其温度，对于大功率LED应用具有非常重要的意义，即可以实时监测LED应用产品的实时工作温度。
附图说明
图1是本发明的一种具体实施方式的俯视图。
图2是图1中A-A’剖面示意图。
图3是图1中B-B’剖面示意图。
图4是基于本发明的测温的工作原理图。
图5是基于本发明的温度定标流程图。
图6是温度测量流程图。
在图1至图4中，1是正电极焊盘，101是正电极，2是肖特基二极管的负电极，3是肖特基二极管的正电极焊盘，102是肖特基二极管的正电极，4是盲孔，5是负电极区，6是负电极，7是p型GaN层，8是InGaN/GaN量子阱层，9是n型高浓度GaN层，10是n型低浓度GaN层，11是蓝宝石衬底，12是pn结型肖特基势垒，13是肖特基二极管电源，14是大功率LED电源，15是铝材散热片，16是发光二极管电源回路的串联电阻R1，17是肖特基二极管串联电压采样电阻R2。
具体实施方式
如图1至图4所示，是本发明的具有肖特基二极管测温的大功率LED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11依次生长n型低浓度GaN层10、n型高浓度GaN层9、InGaN/GaN量子阱层8、p型GaN层7，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1.5mm×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4，深度至n型低浓度GaN层10，利用电子蒸镀方法，在n型低浓度GaN层10上，制备肖特基二极管的负电极2以及肖特基二极管的正电极102，正电极102为Ti/Al/Ti/Au四层结构，Au层与n型低浓度GaN层10相连，正电极102与n型低浓度GaN层10接触并形成一个肖特基势垒12即二极管，正电极焊盘3与正电极102形成欧姆接触。在外延片的顶部制备大功率LED的正电极101，正电极101上制备正电极焊盘1，在n型高浓度GaN层9制备大功率LED的负电极6，即制造成一个具有pn结型肖特基二极管的大功率LED。
如图4所示，pn结型肖特基二极管用来测量LED的工作温度，其供电电源13采用独立的供电方式，使得其形成独立的回路。大功率LED主要是发光特性，其供电电源14构成独立回路。
如图5所示，开始定标，对肖特基二极管供电，(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℃～140℃，从-40℃开始，每隔10℃测量一个电压数据，控制恒温，恒温时间1小时，测量电压V(R2)i(i＝1～19)，每一个电压数据对应一个温度值，即为标准数据。如果要获得更为精确的测量数据，可以每1℃测量一个电压数据。如图4及图6所示，测温时，对大功率LED供电，同时对肖特基二极管供电，测量肖特基二极管的回路中的取样电阻17的电压，然后利用线性插值法计算大功率LED的温度，实现利用肖特基二极管测量大功率LED的温度。

Claims (6)

1.具有肖特基二极管测温的大功率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。
2.根据权利要求1所述的具有肖特基二极管测温的大功率LED，其特征在于：大功率LED的基本半导体材料为GaN。
3.根据权利要求2所述的具有肖特基二极管测温的大功率LED，其特征在于：大功率LED从上往下依次包括p型GaN层(7)、InGaN/GaN量子阱层(8)、n型高浓度GaN层(9)、n型低浓度GaN层(10)以及衬底(11)，在大功率LED的中心区从上往下设有一个盲孔(4)，盲孔(4)的深度至InGaN/GaN量子阱层(8)或n型高浓度GaN层(9)或n型低浓度GaN层(10)；在盲孔(4)的底部，制作了肖特基二极管的正电极(102)和肖特基二极管的负电极(2)，在肖特基二极管的正电极(102)上制作了肖特基二极管的正电极焊盘(3)。
4.根据权利要求3所述的具有肖特基二极管测温的大功率LED，其特征在于：肖特基二极管的正电极(102)为金属Ti/Al/Ti/Au四层结构，Au层与盲孔(4)的底部的InGaN/GaN量子阱层(8)或n型高浓度GaN层(9)或n型低浓度GaN层(10)相连接。
5.根据权利要求4所述的具有肖特基二极管测温的大功率LED，其特征在于：所述盲孔(4)是圆孔。
6.根据权利要求4或5所述的具有肖特基二极管测温的大功率LED，其特征在于：肖特基二极管的正电极(102)为月牙形。
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