深紫外発光ダイオード（DUV-LED）は、殺菌消毒、生化学検査、医療健康、紫外通信などの多くの分野で広く応用可能です。現在の商用DUV-LEDの電気光変換効率は通常5％未満であり、それによりLEDの発熱が著しく、接合温度の上昇を招き、ピーク波長の赤方偏移、光減衰の悪化、寿命の短縮などの一連の問題が生じます。電気光変換効率の向上が困難な状況下で、DUV-LEDの放熱性能を向上させて動作接合温度を低減することは非常に重要です。熱抵抗はLEDの放熱性能を反映する直接的なパラメータであり、通常は熱伝導面積、材料の厚さ、材料の熱伝導率などの要因に影響されます。本論文では、DUV-LEDのチップサイズ、はんだ層ギャップ充填、熱伝導シリコングリース及び基板材質などがLEDの熱抵抗に与える影響を体系的に研究し、固着領域及びはんだ層の厚さについてシミュレーション研究を行いました。研究結果は、LEDチップサイズの増加、はんだ層のギャップ充填、基板とヒートシンクの間の熱伝導シリコングリース塗布、またはAl基板をCu基板に変更することでLEDの熱抵抗を低減できることを示しています。商用20 mil×20 milの275 nm DUV-LEDを対象に、本研究では熱抵抗を22.19 ℃/Wから12.83 ℃/Wに低減し、25 ℃環境下で電力0.669 W時にチップの温度上昇は14.69 ℃から8.49 ℃に低下しました。シミュレーション結果は、固着領域またははんだ層の厚さの減少に伴いLEDの動作接合温度が線形に低下し、固着領域の厚さが1 mm増加するごとにチップの温度上昇は44.82 ℃増加するため、適切な固着領域の薄化により熱抵抗を低減できることを示しています。

深紫外発光ダイオード;放熱性能;熱抵抗;接合温度