提高红光LED芯片的发光效率.docx

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提高红光LED芯片的发光效率

提高红光LED芯片的发光效率

　提高红光LED芯片的发光效率的重要途径是衬底反转及表面粗化。

我们在衬底反转的基础上，对N型AlGaInP用湿法腐蚀的方法形成了三角结构粗糙表面。

粗化的表面可减少光在AlGaInP材料内部的多次反射，使光线从内部折射出来，从而提高出光效率。

制备的大功率40ml红光LED芯片发光效率达到了60lm/W以上。

　　一、介绍

　　AlGaInP材料可以制造光谱范围从红光到黄绿光的高性能LED，被应用在很多方面，包括汽车灯、交通灯、彩色显示、信号显示和广告牌等。

近些年随着对外延材料的研究，AlGaInPLED内量子效率接近100%。

然而，由于四元外延材料的折射率与空气相差很大，到目前为止外量子效率依然很低。

大约有1/（4n2）的光从芯片内部逃逸出来（n为半导体材料的折射率），因此增大光的外量子效率起着非常关键的作用。

为了提高出光效率，人们展开了大量研究，比较成功的方法包括将芯片做成倒金字塔型、锥形。

（如图1所示）Krames等将AlGaInPLED制作成倒金字塔（TruncatedInvertedPyramid,TIP）形状（侧面与垂直方向成35度角）。

芯片的四个侧面不再是相互平行，可以使得射到芯片侧面的光，经侧面的反射到顶面，以小于临界角的角度出射;同时，射到顶面大于临界角的光可以从侧面出射，从而大大提高了芯片的出光效率。

　　图2AlGaInPLEDn型表面粗化的AFM图像

　　图3AlGaInPLED表面未粗化与粗化EL谱

　　图2给出了粗化n型表面的AFM图像。

由图看到粗化形成了簇状的三角结构形貌，表面均方根粗糙度达到了67nm。

图3为LED芯片表面未粗化与粗化样品的EL谱。

从图上可以看到未粗化LED表面是多峰发射，这是由于从有源区发出的光至空气界面时，部分光的入射角大于临界角，就会在反射镜和空气界面之间的AlGaInP腔内发生多次全反射，产生光的干涉，从而形成多个峰型。

粗化的LED表面没有发现这种现象。

另外它的EL强度比未粗化的LED样品大约强69%，表明粗化的LED表面可以有效的使光散射，减弱光在AlGaInP材料内部的多次反射、折射及吸收，提高光的输出功率。

　　三、测试结果

　　制作的40mil管芯平均亮度在11000mcd以上，波长624nm，亮度晶圆图如图4所示，350mA下光效63lm/W，如图5。

　　图6老化时间与光效曲线

　超高亮度AlGaInP红光LED芯片产品非常可靠，室温下对它们进行3000小时的老化测试，如图6，结果看到光效几乎没有变化，具有非常稳定的光输出。

　　四、结论

　　反极性粗化表面AlGaInP红光LED芯片大大提高出光效率，而且由于支撑衬底机械强度高，热导率高，可大幅度改善产品的高温特性，提高产品可靠性，在大功率应用方面存在着其它类型LED无法比拟的优势。

反极性镜面高亮度LED的研制成功和规模化生产，是一条获得低成本、高稳定性，可在大功率下应用的高亮度发光二极管的有效途径。