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利用自组装芯片级倾斜侧壁提升高功率AlGaN基深紫外发光二极管性能
Enhancing the Performance for High-Power AlGaN-Based Deep Ultraviolet Light-Emitting Diodes Using Self-Assembled Chip-Scale Inclined Sidewall
| 作者 | Linbo Hao · Liu Wang · Yanan Guo · Xue-Jiao Sun · Kai Guo · Congmin Shen |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 深紫外发光二极管 倾斜侧壁 光提取效率 壁插效率 自组装液杯 |
语言:
中文摘要
众所周知，倾斜侧壁散射结构可以提高微型深紫外（DUV）发光二极管（LED）的光提取效率（LEE）。然而，针对芯片级高功率DUV LED的有效倾斜侧壁设计鲜有报道。在本研究中，我们使用一种氟基油状液体形成自组装液杯。该液杯在DUV LED芯片周围形成了芯片级倾斜侧壁。实验和模拟结果表明，带有液杯的DUV LED的光提取效率显著提高。这可归因于光出射锥角的增大、额外的出光面积以及倾斜侧壁的散射效应。因此，所提出的DUV LED在350 mA电流下的壁式发光效率（WPE）达到了10.7%。与传统DUV LED相比，壁式发光效率提高了64.9%。此外，光场分布显示，所提出的DUV LED发出的更多光向垂直方向偏折。该方法在推动高功率DUV LED发展以及加速替代汞灯方面显示出巨大潜力。
English Abstract
It is well known that inclined sidewall scattering structures can improve the light extraction efficiency (LEE) of micro deep ultraviolet (DUV) light-emitting diodes (LEDs). However, effective inclined sidewall designs for chip-scale high-power DUV LEDs are rarely reported. In this work, we use a fluorine-based oily liquid to form a self-assembled liquid cup. It has a chip-scale inclined sidewall surrounding the DUV LED chip. Experimental and simulation results show that the LEE of DUV LED with liquid cup is significantly enhanced. It can be attributed to the enlarged light escape cone, the additional out-light areas, and the scattering effects of the inclined sidewall. Consequently, the proposed DUV LED achieves a wall-plug efficiency (WPE) of 10.7% at 350 mA. Compared to conventional DUV LEDs, the WPE is enhanced by 64.9%. Moreover, the optical field distribution shows more light from the proposed DUV LED is deflected towards the vertical direction. This method shows great potential to advance high-power DUV LED development and expedite the replacement of mercury lamps.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项深紫外LED技术虽然并非公司当前核心产品领域，但在新能源生态系统构建中具有潜在的战略协同价值。
**技术关联性分析：**
该论文提出的自组装芯片级倾斜侧壁技术，通过含氟油性液体形成液杯结构，将深紫外LED的光提取效率和壁塞效率分别提升64.9%。这种光学优化思路与阳光电源在逆变器散热设计、光伏组件光学匹配等领域的工程经验存在方法论上的相通性。特别是在储能系统的电池管理和环境监测方面，高效深紫外光源可应用于储能舱的消毒杀菌、气体传感器校准等场景，提升系统安全性和可靠性。
**业务拓展机遇：**
随着分布式光伏电站和储能系统向智能化、集成化发展，深紫外LED可集成于智慧运维系统中，用于设备表面清洁、微生物抑制等功能模块。该技术10.7%的壁塞效率虽已是重大突破，但对比汞灯替代的商业化要求仍有提升空间，这与阳光电源在功率器件效率优化方面的技术积累形成互补。
**技术挑战与建议：**
当前该技术面临的主要挑战包括液杯结构的长期稳定性、大规模制造的成本控制以及与现有封装工艺的兼容性。建议阳光电源可通过产学研合作方式，探索将此类光学增效技术应用于新能源设备的辅助功能模块，同时评估在氢能制备过程中紫外光催化等交叉应用的可行性，为公司多元化清洁能源布局提供技术储备。