大功率白光LED伏安特性和正向電壓溫度特性研究

楊 亭，嚴啟榮，田世鋒

（廣東省理工職業技術學校，廣州 510500）

1 引言

近年來，由于GaN基發光二極管（LED）具有體積小、壽命長、高效節能等優點，因此被廣泛應用于固體照明、背光源和指示燈等領域。LED的發光原理是在外電場的作用下，P區的空穴和N區的電子擴散到PN結層復合發光。輸入LED的電能只有一小部分轉換為光能，其余能量都直接或間接地轉換為熱能消耗在LED內部，使得LED芯片結溫上升。大功率LED應用對燈具的散熱設計要求嚴格，否則會因散熱不良對LED的光電特性產生很大的影響[1～2]。一般情況下，半導體器件PN結的正向電壓隨溫度的升高而下降，二者近似線性關系[3]，這一關系是電學法測量半導體器件熱阻的基礎。LED老化失效的因素復雜，本文在分析LED性能時，研究了器件的正向電壓溫度特性[4]和伏安特性[5～6]，發現在溫度較高的情況下正向電壓隨溫度的變化偏離了線性關系，正向電壓隨溫度的變化系數由負數變為正數，且驅動電流越大偏離越嚴重。另外，通過伏安特性實驗發現器件在老化后出現在小電流驅動下漏電流增加的現象。通過與同樣型號的老化器件進行實驗對比，發現器件的正向電壓隨溫度的變化并沒有與文獻報道產生明顯矛盾[3]。

2 實驗方案與理論分析

2.1 理論分析

實際的二極管可以看作是由一個理想二極管、等效串聯電阻（Rs）和等效并聯電阻（Rp）組成的。根據Shockley方程，電流與電壓關系方程表示為：

由于并聯電阻接近無窮大，即當Rp→∞時，式（1）變換為：

通過式（2）可求出串聯電阻Rs，表示為：