引言

　　白光LED作為一種新型全固態(tài)照明光源，越來越受到世界多國(guó)的重視。因其有眾多的優(yōu)點(diǎn)、廣闊的應(yīng)用前景和潛在的市場(chǎng)，被認(rèn)為是21世紀(jì)的綠色照明光源， 已獲得各國(guó)政府的大力支持，并寄予厚望。由于白光LED價(jià)格昂貴且性能尚未達(dá)到一般照明要求，目前白光LED照明的市場(chǎng)份額尚小。

　　LED作為一種光源，衡量它的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)就是光電轉(zhuǎn)換率，且由公式η_ex=η_in*C_ex(式中η_in內(nèi)量子效率，C_ex是逃逸率)可看出這種效率取決于內(nèi)部和外部量子效率。一般來說，要提高LED的發(fā)光效率，可以從內(nèi)外部量子效率著手，但由于目前各國(guó)對(duì)原材料和其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探索以及工藝和技術(shù)的相對(duì)成熟，其內(nèi)量子效率已經(jīng)可以達(dá)到99%以上”’，因而通過提高內(nèi)量子效率來提高LED的發(fā)光效率的己進(jìn)入瓶頸，關(guān)鍵問題則在于如何來提高外量子效率上。近年來，人們一直在如何提高外量子效率的問題上深入研究，下面介紹提高外量子效率常用的方法和新近的研究進(jìn)展。

　　1、提高外量子效率的方法

　　1.1、表面微粗化技術(shù)

　　表面粗化技術(shù)主要解決半導(dǎo)體出射面材料折射率(平均3.5 )大于空氣折射率而使入射角大于臨界角的光線發(fā)生全反射無法出射所造成的損失，通過粗化處理材料表面，使之行成不規(guī)則的凹凸，減少多量子阱內(nèi)產(chǎn)生的光在材料與空氣界面的全反射，從而提高LED的取光效率。

　　H.W.Huang 等人利用激光輻照的方法在傳統(tǒng)的InGaN/GaN發(fā)光二極管上部p-GaN表面形成納米級(jí)粗糙層，經(jīng)過表面粗化處理后，p-GaN表面均方根粗糙度由2.7nm增加到13.2nm。結(jié)果顯示，亮度提高了25%，壓降從3.55V下降到3.3V，系統(tǒng)電阻下降了29%。加州大學(xué)的1.Schnitzer和E.Yablon-ovitch提出用自然光刻法，就是先用旋轉(zhuǎn)鍍膜的方法將直徑300nm的聚苯乙烯球鍍?cè)贚ED的表面，這些小球遮擋一部分表面，然后用等離子腐蝕的方法將未遮蔽的表面腐蝕到深度為170nm左右，形成了粗糙的LED表面。該技術(shù)已廣泛使用，可提高發(fā)光效率30%—50%。

　　1.2、芯片非極性面/半極性面生長(zhǎng)技術(shù)

　　非極性面是指極性面法線方向上且與之垂直的面，而半極性面則是介于極性面和無極性面之間的面，即相對(duì)極性面C面傾斜的面。 目前，器件大都在藍(lán)寶石襯底的C面上生長(zhǎng)，但C面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的GaN薄膜通常都是有極性的。然而極化場(chǎng)將阻止發(fā)光器件中載流子的注入，因此就會(huì)降低再結(jié)合的概率，發(fā)光效率就會(huì)隨著下降。當(dāng)今研究的非極性或半極性GaN主要包括R(1102)面藍(lán)寶石上的非極性A面GaN，M面藍(lán)寶石上的半極性(10-13)或(11-22)面GaN，(100)面gama-LiAI204上的非極性M面GaN，(100)面MgAI204上的半極性(10-1-1)面GaN和(110)面MgAI204上的半極性(10-1-3 l面GaN等。據(jù)有關(guān)報(bào)道稱美國(guó)加州大學(xué)圣芭芭拉分校(UCSB)與日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)創(chuàng)造科學(xué)技術(shù)推進(jìn)事業(yè)(JST ERATO)研究小組公布了他們開發(fā)的使用MOCVD法在GaN結(jié)晶非極性面上制作的LED(非極性LED)和在半極性面上制作的LED(半極性LED)，其外部發(fā)光效率比原來的非極性/半極性LED更高——當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流為20mA時(shí)， 發(fā)光效率為30%以上。據(jù)最新消息稱非極性LED能使白光的發(fā)光效率提高兩倍，將達(dá)到200Im/W。

　　1.3、倒裝芯片技術(shù)

　　AIGalnN基LED外延片通常是生長(zhǎng)在絕緣的藍(lán)寶石襯底上，歐姆接觸的P電極和N電極只能制備在外延層的同一側(cè)，正面出射的光有很大一部分被電極和鍵合引線所遮擋。造成光吸收的另一個(gè)主要原因是P型GaN的電導(dǎo)率較低. 為了很好的滿足電流擴(kuò)展的要求，則需要在P區(qū)表面形成一層厚度一般在5～lOnm之間的半透明Ni-Au合金電極層，這樣就有部分被半透明Ni-Au層吸收，器件的發(fā)光效率因此受到的影響。采用GaN基LED倒裝芯片技術(shù)可以解決這個(gè)問題，它將藍(lán)寶石的一面作為出光面，避免了上述兩個(gè)因素的光吸收，而且使PN結(jié)靠近熱沉、降低熱阻，提高器件可靠性。2001年美國(guó)Lumileds公司報(bào)導(dǎo)了倒裝焊技術(shù)在大功率AllnGaN基芯片上的應(yīng)用，避開了電極焊點(diǎn)和引線對(duì)出光效率的影響，改善了電流擴(kuò)散性和散熱性，背反射膜將傳向下方的光反射回出光的藍(lán)寶石一方，進(jìn)一步提升出光效率，外量子效率達(dá)到21% ， 功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20%

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