从器件结构上提高LED发光效率

从器件结构上提高LED的发光效率

摘要：本文从器件结构上讨论论如何提高LED的发光效率

关键词：内量子效率、散热、抑制内部全反射从1962年成功开发发光二极管以来，发光二极管的发光效率逐年提高。更是由于新材料的使用，LED的亮度取得突破性进展。但直至今天，发光二极管的发光效率依旧可以继续提高，使之可以真正替代传统光源应用于社会中。发光二极管的发光效率，可以由内量子效率、光提取效率、外量子效率来衡量。由于外量子效率与内量子效率、光提取效率是相关的，所以，要提高发光效率，就是要尽量提高以上内量子效率和光提取效率。1、提高内量子效率所谓LED器件的内部量子效率，其实就是LED芯片本身的电光转换效率，主要与LED芯片本身的特性(如芯片材料的能带、缺陷、杂质)、芯片的垒晶组成及结构等相关。之前人们致力于从芯片材料本身去提高这一参数。如今，内量子效率理论值已达70%，几乎已经是其理论极限。但在实际情况下，LED工作时产生的热量将会使LED芯片中载流子复合效率下降，从而降低LED发光效率。在器件结构上，增强LED芯片的散热，从而间接提高内量子效率，提高发光效率。1.1、使用硅或碳化硅衬底。目前LED上广泛采用的是蓝宝石衬底，但蓝宝石导热性差，不利于LED芯片散热。作为新型衬底，硅或碳化硅的导热性能是良好的。1.2、采用芯片倒装技术。采用芯片倒装技术后，LED芯片衬底朝外，电极朝内，有利于芯片散热。1.3、大功率管采用铜基热衬及吕基散热器组装模式。2、提高光提取效率由于MOCVD夕卜延生长技术和多量子阱结构(MQW)的引入，使LED的内量子效率超过80%，提高的空间不大。反而在光提取效率方面，由于内部全反射，提取效率一直非常低(低于20%)，成为抑制发光效率的主要原因。因此，抑制内部全反射是提高光提取效率的关键。2.1、 改进环氧树脂外壳2.1.1、 采用光学增透膜。在环氧树脂外壳上增加一层光学增透膜，使反射光干涉相消，入射的光线除了被材料本身吸收外将完全透过。衬底材辑导热系数rw/(m・K))黑膨系救(X10E-65崔走性辱热性成本ESD1站宣石<Ag)46询-般中*-股功：iSi)15。5-20好保好踱化建(SiC)斗如-1,4良好好'ESD一抗静电酷力2.1.2、改变环氧树脂外壳形状。如采用倒金字塔形、倒立台柱形等，同时减小光的全反射消耗和光的传播路径。2.2、改进芯片结构。2.2.1、采用芯片倒装技术。采用芯片倒装技术后，LED芯片衬底朝外，电极朝内，芯片发出的光可以直接穿过透明的衬底辐射出去，从而减少电极对光的吸收。

而提高出光效率。1993年Schnitze等人在GaAs基LED芯片表面进行粗化，提出表面微小的粗化可以导致光线运动紊乱，从而就有更多的光线满足逃逸角①。粗化的部位可以是：p-GaN层、n-GaN层、透明电极层。2.3、改进支架，增加底面和侧面的反射面反射出浪费的光能。注：下划线处为引用其他著作2.2.2、优化电极形状。LED的电极对光输出影响很大，如果电流扩散不充分、不均匀，会导致出光减少。合理设计厚电极的形状可以提高LED的发光效率。如果电极太少，则无法充分均匀地扩展电流；如果电极太多，则会阻挡光的取出。注：下划线处为引用其