第三讲 发光二极管沟拟取出原理及方法.pptVIP

发光二极管光取出原理及方法;2.1 发光二极管光取出原理;LED发光效率;电光转换效率(Wall-plug Efficiency)：半导体发光二极管的辐射发光效率，是光的输出功率于输入电流功率之比。 Popt:光输出功率；Cex：光取出效率；I与V分别为加在LED两端的电流和电压。 因此，在输入功率一定的情况下，要改进电光转换效率就要改进内部量子效率和高的光取出效率。 ;影响光取出效率的三个原因 1，材料本身的吸收。解决措施：厚的窗口层（window layer）或电流分布层使电流均匀分布并增大表面透过率；用电流局限技术（Current Blocking）使电流不在电接触区域下通过；用透明或不吸光的材料做衬底或者在活性层下设置反射镜将光反射至表面 2，菲涅尔损失：当光从折射率为n1的某种物质到折射率为n2的某种物质时，一部分光会被反射回去。菲涅尔损失系数为 若n1=3.4,n2=1,则 ，也就是70.2％的光可以投射半导体与空气的界面 ;3，全反射损失：只有小于临界角内的光可以完全被射出，其他的光则被反射回内部或吸收。 解决措施：一般情况下用环氧树脂做成圆顶（Semispherical Dome），放在LED芯片上，可以大大增加临界角，但是制造成本同时增加;一种经济的减少全反射的方法是将p-n结用环氧树脂包封起来，利用模具可以很方便地浇铸成半球形封帽。如下图所示，目前工业化生产地单体发光二极管多采用类似结构;2.2 增加内部量子效率的方法;LED 发光机制;异质结注入发光;例如，对于蓝光LED中采用的InGaN-GaN异质结，发光波长在460nm附近时，带隙约为2.7 eV，相当于InGaN的禁带宽度。发光区（Eg2较小）发射的光子，其能量hv小于Eg1，进入p区后不会引起本征吸收，即禁带宽度较大的p区对这些光子是透明的。;二、采用最佳活性层;Si (111) 衬底上的InGaN/ GaN MQW的TEM (a) 明场像; (b) 高分辨像;势阱沿z方向很窄，电子在z方向被局限在几个到几十 个原子层范围的量子阱中，能量发生量子化，产生分 立能级。电子在分立能级之间跃迁而辐射发光。;惠普公司采用4个50nm厚的AlInGaN/ GaN量子阱，发现其发光效率要比在同等厚度下的非量子阱活性层效率高30％。 ;2.3 改进内部结构，提高发光效率;;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;二、生长分布布喇格反射层（DBR）结构;;布喇格光栅的原理;这样，人们开始在LED 中生长不同种类的DBR 结构来减小衬底对光的吸收。材料的折射率与DBR 的反射效果有直接关系，折射率差（Δn）越大，反射率R（p）越大，反射效果越好： DBR 的周期数也与反射率成正比，式中的p 是DBR 的对数（pair），对数越高，反射效果越好。;三、制作透明衬底LED（TS-LED）;;另外一种技术就是bonding（粘合）技术。它是指将两个不同性质的晶片结合到一起，并不改变原来晶体的性质。 用选择腐蚀的方式将GaAs 衬底腐蚀掉后，在高温单轴力的作用下将外延片bonding 到透明的n-GaP 上。制成的器件是GaP 衬底–有源层–GaP窗口层的三明治结构。;允许光从六个面出射，因而提高了出射效率。 根据1996年的报道，636 nm的TS-LED 外量子 效率可以达到23.7%；607.4 nm 的TS-LED 的 发光效率达到50.1m/W。;四、倒金字塔形LED; LED的这种几何外形可以使内部反射的光从侧壁的内表面再次传播到上表面，而以小于临界角的角度出射。同时使那些传播到上表面大于临界角的光重新从侧面出射。这两种过程能同时减小光在内部传播的路程。;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose P