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1、提高LED芯片出射效率的技术以目前的技术可以使InGaN有源层在常温，普通注入电流条件下的内量子效率达到90~95%。当温度升高，内量子效率会比较大的下降。因此要提高发光效率必须控制结温和提高出光效率。 1 提高LED芯片出射效率的技术 1．1 衬底激光剥离技术（Lift-off） 因为LED的GaAs基衬底的折射率非常大，所以它所造成的内部光吸收损失很大。这种方法将LED的GaAs衬底剥离，换成透明衬底，然后粘结在透明的GaP衬底上，使光从下底面出射。所以又被称为透明衬底LED（TS-LED）法。[4]理论上讲，这种方法可以提高光的出射率一倍。 对于以蓝宝石衬底为主的G
2、aAs系LED而言，其剥离技术（LLO）是基于GaN的同质外延发展的一项技术。GaN基半导体材料和器件发展的一个重大问题是由于没有合适的衬底而造成的外延层质量问题，解决这个问题的一种可能途径是利用对衬底透明的短脉冲激光照射衬底，融化缓冲层而将GaN外延层从宝石衬底上剥离下来，再用HVPE生长技术制成GaN衬底，用以实现同质外延。美国的惠普公司在上世纪末最先在AlGaInP/GaAsLED上实现；2002年，日亚正式把它用于UVLED的工艺上，使其发光效率得到很大的提高；2003年2月，德国OSRAM公司用LLO工艺将蓝宝石去除，将LED的出光效率提升至75%。 图1:制作透明衬
3、底用GaP代替GaAs 1．2利用光子晶体技术（PhotonicCrystal） 光子晶体实际上就是一种将不同介电常数的介质在空间中按一定周期排列而形成的人造晶体,该排列周期为光波长量级。光子晶体中介质折射率的周期变化对光子的影响与半导体材料中周期性势场对电子的影响相类似。在半导体材料中,由于周期势场的作用电子会形成能带结构,带与带之间有带隙(如价带与导带),电子的能量如果落在带隙中,就无法继续传播.在光子晶体中,由于介电常数在空间的周期性变化,也存在类似于半导体晶体那样的周期性势场.当介电常数的变化幅度较大且变化周期与光的波长可相比拟时,介质的布拉格散射也会产生带隙,即光子带
4、隙.频率落在禁带中的光是被严格禁止传播的.光子晶体也叫电磁晶体(electromagneticcrystals)或光子带隙(PBG—photonicbandgap)材料。如果光子晶体只在一个方向上具有周期结构,光子禁带只可能出现在这个方向上.如果存在三维的周期结构就有可能出现全方位的光子禁带,落在禁带中的光在任何方向都被禁止传播.据此光子晶体可分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体。 在发光二极管的发光中心放一块光子晶体,使发光中心的自发辐射和光子带隙的频率重合,并在光子晶体中引入一缺陷态,自发辐射将不能沿其它方向传播,只能沿特定的通道传播,这将大大减少能量损失，且能通过
5、控制缺陷态而成为单模发光二极管。如果人为地破坏光子晶体的周期性结构时,在光子晶体中加入杂质,光子禁带中会出现品质因子非常高的杂质态,具有很大的态密度,这样便可以实现自发辐射的增强,利用光子晶体可以控制原子的自发辐射的特性,可以制作宽频带、低损耗的光反射镜,可以制作高效率的发光二极管。实验已证明,发光效率可以达90%以上。 早期的光子晶体的制备采用反应离子束刻蚀技术在一块介电材料的表面以偏离法线35.26°的角度从3个方向钻孔、各方向的夹角为120°。这是一种由许多面心立方体构成的空间周期性结构,也称为钻石结构。目前以zbay等发展的逐层叠加结构方法为主，其用许多片二维周期性结构
6、叠加在一起而构成三维光子晶体。其他的方法还有乳液沉积干燥法，但那是对溶液进行的，并不适用于半导体。 2003年，松下电器产业根据光子晶体原理开发成功了效率30%的GaN蓝色发光二极管芯片，并声称通过改进芯片，预计将能够照射出60%左右的光（如下图所示）。该产品通过在蓝色LED芯片表面大量设置基于P型GaN的直径1.5μm、高约0.5μm的圆柱状凸部（折射率2.5），形成凸部和凹部的空气层（折射率１）沿水平方向排列的光子晶体。照射到光子晶体中的光线因其周期性折射率分布而使光线发生衍射。使原先全反射的光违反折射定律而出射。然而，该法由于凸部是利用光刻技术和蚀刻技术形成的，所以成本十
7、分高昂，离最终的产业化距离尚远。图2：具备圆柱状凸起光子晶体的白光LED 1.3表面粗化技术（surface-texturedLED） 为了抑制GaAs与空气折射率相差过大而造成的全反射光较多的问题，可以采用把p-GaN表面粗化的方法。将介面按一定的规律打毛可以使部分全反射光线以散射光的形式出射，从而提高了出光率。如下图3所示，在LED的上表面直接将其打毛，但该法对有源层及透明电极会造成一定的损伤，制作也较为困难，故而很多时候都采用直接刻蚀成型。加洲大学的I.Schnitzer
