led亮度提高的方法

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1、LED亮度提高的方法2005年第46卷第3期光电技术EIECTRO—OPTICSTECHNOLOGYVo1．46No．3．2005提高LED亮度的技术途径吉群(华东电子集团公司，南京210028)摘要发光二极管成为近年来最受重视的光源之一。由于其轻、薄、短、小的特性，以及封装型式的耐冲击、耐震及特殊的发光分布，加上特别长的寿命使得发光二极管的确是一种优异的光源选择。提高发光二极管发光效率是当前的重要任务之一，本文从材料和封装工艺及结构技术等多方面因素来阐述提高LED亮度的途径。关键词LEDGaN发光

2、效率材料和工艺1前言荧光灯具虽然有目前较高的发光效率、较低的制造成本等优点，但是因为荧光灯具的灯管中含汞，而用于封装荧光灯具的材料又以可吸收紫外线的玻璃为主，玻璃易碎的特性加上汞废料的不易回收，均会严重地造成环境的污染。因此欧盟已经明令将在2007年开始禁用这些含汞制品，也因此新型照明灯源的开发已经成为各国政府发展的目标，而LED(1ightemittingdiode)，也就是我们平常说的发光二极管，更是目前各国在照明方面发展的重点。发光二极管有一个很大的特点，就是具备低电流、低电压驱动的特性，而这

3、样的特性在世界能源缺乏及各国针对绿色环保观念的提高同时，尤其吸引大家的注意。目前各国政府除了致力于新型能源的开发外，对现有电器设备效率的提高及环保的研究亦相当重视。而在研发如何降低工业用电量的同时．目前普及率约80％的家电用品耗电量也逐渐受到重视。在照明发光方面，如何使得发光二极管具有荧光灯那样的高发光效率(66—100lm／w)去替代荧光灯和传统使用的60W白炽灯泡具有特别重要的意义。随着近年来对发光二极管的材料、工艺和结构技术的深入研究，明确了提高LED效率的途径：发光二极管的发光效率一般称为组

4、件的外部量子效率(externalquantumefficiency)，其为组件的内部量子效率(internalquantumefficiency)及组件的取出效率(extractionefficiency)的乘积。所谓组件的内部量子效率其实就是组件本身的电光转换效率，主要与组件本身的特性如组件材料的能带、缺陷、杂质及组件的异质外延晶体组成及结构等相关。而组件的取出效率指的则是组件内部产生的光子，在经过组件本身的吸收、折射、反射后实际上在组件外都可测量到的光子数目。因此相关于取出效率的因素包括了组件

5、材料本身的吸收、组件的几何结构、组件及封禁材料的折射率差、组件结构的散射特性等。而上述两种效率的乘积，就是整个组件的发光效果，也就是组件的外部量子效率。早期组件发展集中在提高其内部量子效率，方法主要是利用提高异质外延晶体的品质及改变异质外延晶体的结构，使电能不易转换成热能，进而间接提高LED的发光效率，此法可获得约70％左右的理论内部量子效率。但是这样的内部量子效率几乎已经接近理论的极限，在这样的状况下，光靠提高组件的内部量子效率是不可能提高组件的总光通量，也就是外部量子效率达到目前的2—3倍，因此

6、提高组件的取出效率便成为重要的课题。2材料技术2．1材料晶格匹配对于半导体发光二极管而言，晶格的匹配是一个重大的课题，因为对于大部分Ⅲ一V族半导体而言，并没有刚好适合的基板(substrate)可承载上方的异质外延晶体层，而成长的异质外延晶体层其晶格大小必须与基板的晶格匹配，才不至因应力的因素导致品格缺焰，使得组件发出的光子被缺陷吸收，而大幅降低组件的发光效率。最早的Ⅲ一V族半导体异构异质外延晶体(heteroepitaxy)是采用GaAs作基板，并在其上成GaA1As的异质外延晶体层，因为这两种料

7、的晶格非常近似，所以异质外延晶体层与基片之间的应力极小，因此研发过程中并无发维普资讯http://www.cqvip.com16光电技术第45卷生太大的困扰。但是后来陆续发展出来的异质外延晶体如GaAshP成长在GaAs基板上，或是GaAs~P1．成长在GaP基板上都有应力存在的问题。因此在光电材料中，往往通过调整二元、三元甚至四元材料的比率，这样一来除了可以借不同大小的多元原子的比例来匹配基片的晶格结构，也可因为调整半导体的能隙大小，而调整发光组件发光的波长，唯这样的方法在异质外延晶体参数的调整上

8、也复杂许多，也因此可以看出，异质外延晶体技术可以称为半导体发光组件技术中的核心。而在异质外延晶体方法提高的同时，异质外延晶体的结构也持续地在改良。最早的结构当然是传统p-n接面的发光二极管，但是其发光效率并无法得到明显地改良，因此利用单一异质接面(SingleHeterojunction，SH)结构的方法开始被使用在异质外延晶体的工艺流程上，可以提高二极管中少数载子注入(minoritycarrierinjection)效率，因此发光效率获得明显地提高。之后更发展出双