從器件結構上提高LED發(fā)光效率

從器件結構上提高LED的發(fā)光效率

摘要：本文從器件結構上討論論如何提高LED的發(fā)光效率

關鍵詞：內(nèi)量子效率、散熱、抑制內(nèi)部全反射從1962年成功開發(fā)發(fā)光二極管以來，發(fā)光二極管的發(fā)光效率逐年提高。更是由于新材料的使用，LED的亮度取得突破性進展。但直至今天，發(fā)光二極管的發(fā)光效率依舊可以繼續(xù)提高，使之可以真正替代傳統(tǒng)光源應用于社會中。發(fā)光二極管的發(fā)光效率，可以由內(nèi)量子效率、光提取效率、外量子效率來衡量。由于外量子效率與內(nèi)量子效率、光提取效率是相關的，所以，要提高發(fā)光效率，就是要盡量提高以上內(nèi)量子效率和光提取效率。1、提高內(nèi)量子效率所謂LED器件的內(nèi)部量子效率，其實就是LED芯片本身的電光轉換效率，主要與LED芯片本身的特性(如芯片材料的能帶、缺陷、雜質)、芯片的壘晶組成及結構等相關。之前人們致力于從芯片材料本身去提高這一參數(shù)。如今，內(nèi)量子效率理論值已達70%，幾乎已經(jīng)是其理論極限。但在實際情況下，LED工作時產(chǎn)生的熱量將會使LED芯片中載流子復合效率下降，從而降低LED發(fā)光效率。在器件結構上，增強LED芯片的散熱，從而間接提高內(nèi)量子效率，提高發(fā)光效率。1.1、使用硅或碳化硅襯底。目前LED上廣泛采用的是藍寶石襯底，但藍寶石導熱性差，不利于LED芯片散熱。作為新型襯底，硅或碳化硅的導熱性能是良好的。1.2、采用芯片倒裝技術。采用芯片倒裝技術后，LED芯片襯底朝外，電極朝內(nèi)，有利于芯片散熱。1.3、大功率管采用銅基熱襯及呂基散熱器組裝模式。2、提高光提取效率由于MOCVD夕卜延生長技術和多量子阱結構(MQW)的引入，使LED的內(nèi)量子效率超過80%，提高的空間不大。反而在光提取效率方面，由于內(nèi)部全反射，提取效率一直非常低(低于20%)，成為抑制發(fā)光效率的主要原因。因此，抑制內(nèi)部全反射是提高光提取效率的關鍵。2.1、 改進環(huán)氧樹脂外殼2.1.1、 采用光學增透膜。在環(huán)氧樹脂外殼上增加一層光學增透膜，使反射光干涉相消，入射的光線除了被材料本身吸收外將完全透過。襯底材輯導熱系數(shù)rw/(m?K))黑膨系救(X10E-65崔走性辱熱性成本ESD1站宣石<Ag)46詢-般中*-股功：iSi)15。5-20好保好踱化建(SiC)斗如-1,4良好好'ESD一抗靜電酷力2.1.2、改變環(huán)氧樹脂外殼形狀。如采用倒金字塔形、倒立臺柱形等，同時減小光的全反射消耗和光的傳播路徑。2.2、改進芯片結構。2.2.1、采用芯片倒裝技術。采用芯片倒裝技術后，LED芯片襯底朝外，電極朝內(nèi)，芯片發(fā)出的光可以直接穿過透明的襯底輻射出去，從而減少電極對光的吸收。

而提高出光效率。1993年Schnitze等人在GaAs基LED芯片表面進行粗化，提出表面微小的粗化可以導致光線運動紊亂，從而就有更多的光線滿足逃逸角①。粗化的部位可以是：p-GaN層、n-GaN層、透明電極層。2.3、改進支架，增加底面和側面的反射面反射出浪費的光能。注：下劃線處為引用其他著作2.2.2、優(yōu)化電極形狀。LED的電極對光輸出影響很大，如果電流擴散不充分、不均勻，會導致出光減少。合理設計厚電極的形狀可以提高LED的發(fā)光效率。如果電極太少，則無法充分均勻地擴展電流；如果電極太多，則會阻擋光的取出。注：下劃線處為引用其