關(guān)于對有關(guān)LED優(yōu)化設(shè)計資料的總結(jié)一：LED發(fā)展概論二：優(yōu)化LED的意義三：優(yōu)化LED的原理四：目前LED優(yōu)化設(shè)計所取得的成果五：未來展望LED的發(fā)展概論90年代，四遠(yuǎn)系A(chǔ)LGaInP/GaAs晶格匹配材料的使用，使得LED的發(fā)光效果提高幾十流明、瓦。美國惠普公司利用倒金字塔管芯結(jié)構(gòu)設(shè)計的紅光LED發(fā)光效率達(dá)到100lm/W。近年來，LED有了很大的突破。以致在過去幾年中，白光LED引起LED產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛重視，日本日亞公司利用藍(lán)光LED激發(fā)黃粉和紅粉得到白光LED，發(fā)光效率達(dá)到了60lm/W。美國Cree公司利用SiC襯底生長的GaN的白光LED發(fā)光效率達(dá)到了70lm/W。同時功力型白光LED的封裝也被廠商所重視，而美國的Lumileds公司的進(jìn)展最為迅速，他們已經(jīng)使用flip-chip工藝研制出了4組1*1mm藍(lán)光芯片用黃粉封裝的LED燈，1400mA電流下的光通量達(dá)到了187lm.三:優(yōu)化LED可以提高光輸出強(qiáng)度，使資源的利用率更高。優(yōu)化LED的原理一：基本概念： LED在理想情況下，每注入一個電子便會發(fā)出一個光子，但在實際情況下，第由于內(nèi)部損耗造成，注入的電子并不能全部轉(zhuǎn)化為光子，而產(chǎn)生的光子也不能全部從LED中射出，這便引出一個量子效率的問題。 注入有源層的電子并不一定全部用來產(chǎn)生的光子，于是產(chǎn)生了內(nèi)量子效率(Internalquantumefficiency)，通常定義為從LED有源層產(chǎn)生的光子數(shù)與LED的注入電子數(shù)的比值，其表達(dá)式可以用式1-1表示。

其中Pint。表示有源層產(chǎn)生的光功率，而，表示注入電流。 有源層產(chǎn)生的光子在理想情況下，將全部射向自由空間，但由于存在內(nèi)部Fresnel反射以及重吸收作用(如電極和襯底)，使得產(chǎn)生的光并不能全部射出，這時所產(chǎn)生的效率為提取效率(Extractionefficiency)，定義式為(1-2)。

另外通常所說的出光效率(Powerefficiency,WaUplugefficiency)定義為：

目前，由于MOCVD外延生長技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW)的引入，使LED的內(nèi)量子超過80％，提高的空間不大，反而在提取效率方面，主要由于內(nèi)部反射的原因，提取效率一直非常低，成為遏制外量子效率不能提高的主要原因，下面就重點闡述導(dǎo)致提取效率低下的主要原因，以及目前國內(nèi)外的一些改善方法。目前LED優(yōu)化設(shè)計取得的成果一：LED形狀的設(shè)計 在芯片形狀設(shè)計上，科研人員設(shè)計了各式各樣的形狀以提高出光，最為典型的是長方體形和圓柱形，如圖1-1所示。 近年來，Krames科研小組在芯片形狀設(shè)計上突破性地提出了倒金字塔形結(jié)構(gòu)(如圖1—2所示)。它是在透明襯底LED基礎(chǔ)上的再次加工。將bonding后的LED晶片倒置，切去四個方向的下角，斜面與垂直方向的夾角為35圖中b，d是橫截面的示意圖，它演示了光出射的路徑。LED的這種幾何外形可以使內(nèi)部反射的光從側(cè)壁的內(nèi)表面再次傳播到上表面，而以小于l臨界角的角度出射。同時使那些傳播到上表面大于臨界角的光重新從側(cè)面出射。這兩種過程能同時減小光在內(nèi)部傳播的路程。文獻(xiàn)報道采用這種結(jié)構(gòu)可以將提取效率提高1．4倍，外量子效率達(dá)到55％(=650nm)。 最近Nakamura等人利用n-ZnO的高透光率和在鹽酸中的選擇腐蝕性，將水熱法合成的n-ZnO與MOCVD方法制成的p-GaN在高溫下單軸壓力驅(qū)使下鍵合在一起制成，然后利用n-ZnO在鹽酸中的選擇腐蝕性，腐蝕出(10-11)面，制成如圖1．3所示具有六棱錐形狀芯片，結(jié)果顯示在20mA下，輸出功率能比普通芯片提高2．2倍。二：表面粗化 降低LED內(nèi)部光反射的一個行之有效的方法就是在LED表面進(jìn)行粗化減少內(nèi)反射，從而提高出光，如圖1-4所示，早在1993年Schnitzer等人在GaAs基LED芯片表面進(jìn)行粗化，提出表面微小的粗化可以導(dǎo)致光線運動紊亂，從而就有更多的光線滿足逃逸角。此后，人們采用各種方法對LED表面進(jìn)行粗化。Windisch等人采用干法光刻技術(shù)粗化LED的表面。Hung．WenHuang等人就利用KrF準(zhǔn)分子激光刻蝕對上表面p-GaN進(jìn)行粗化，亮度提高1．25倍。ChulHuh等人利用金屬叢(MetalClusters)掩膜濕法腐蝕技術(shù)，粗化LED的P型層，將光轉(zhuǎn)換效率提高了62％。但是有人認(rèn)為P型層很薄，濕法粗化難以控制，干法粗化又容易破壞其電學(xué)性能041，因此粗化P型層并非最佳選擇。w．C．Peng等人在芯片的下表面非摻雜GaN層采用100的45％的NaOH進(jìn)行濕法粗化，粗化1min后表面如圖1．5所示，形成一些錐形表面，實驗證明在芯片下表面的非摻雜GaN進(jìn)行粗化，將使上下表面的光都有所提高，結(jié)果表明上表面出光提高73％，下表面出光提高53％，緊接著他們都對LED芯片進(jìn)行上下表面的雙面粗化，在20mA電流條件下，上下表面光強(qiáng)分別提高2．77和2．73倍，如圖1-6所示三：電流擴(kuò)散發(fā)光二極管的上電極對光輸出影響很大，特別是電流較集中于電極下方的器件。HyunsooKim等人比較了不同電極大小對出光的影響(如圖1-7所示)