通常将单位输入功率所产生的光能谓之光电转换效率,简称光效。根据能量守恒定律,LED的输入功率最终将通过光与热二种形式释放出来,光效越高放出的热量越少,LED芯片的温升就越小,这就是提高光效可降低结温的基本原因。
实验指出,对于高亮LED,改进出光效率是提高LED光效的主要途径。
InGaAlP通常是由GaAs衬底上外廷生长InGaAlP发光区及GaP窗口区制备而成,与InGaAlP相比,GaAs材料具有较小的禁带宽度,因此,当短波长的光从发光区与窗口表面么射进GaAs衬底时将被悉数吸收,成为器件发光效率不高的主要原因。
一个有效的改进方法是先除去GaAs衬底,代之于全透明的GaP晶体,由于芯片内除去了衬底吸收区,从而大幅度提升了器件的出光效率。
近年,日本、台湾的一些公司经过大量的研究,成功开发了一种谓之MB的工艺技术,获得了与透明衬底法相似的良好效果。
MB工艺的基本要点是:先去除GaAs衬底,然后在其表面与Si基底表面同时蒸镀Al质金属膜,然后在一定的温度与压力下熔接在一起。如此,从发光层照射到基板的光线被Al质金属腊层反射至芯片表面,从而使器件的发光效率提高2.5倍以上。
除MB结构的器件外,台湾国联还开发了一种谓之GB型的高亮度InGaAlP LED的新一代器件,该工艺是采用一种新型的透明胶,将具有GaAs吸收衬底的外延片与蓝宝石基板粘合在一起,随后再将GaAs吸收衬底除去,并在外延层上制作电极从而获得了很高的发光效率。
德国欧斯朗公司开发的表面刻制大量尺寸为光波长的小结构,从而使透光效率明显提高。实验表明,大量纹理腐蚀得越深,则出光率的增加将越明显。
测量指出,对于窗口层厚度为20μm的器件,出光效率可增长30%,当窗口层厚度减至10μm时,出光效率将有60%的改进。对于585-625nm波长的LED器件,制作纹理结构后,发光效率可达30lm/W,其值已接近透明衬底器件的水平。
对于一般结构的GaN基蓝绿光器件,P型表面的Ni-Au金属电极层限制了光的输出效率,采用GaN LED倒装芯片结构后,由于芯片倒装于Si基垫上,LED发出的光直接透过蓝宝石射出,出射的光强没有损失,从而提升了它的出光效率。
实验指出,在450-530nm的峰值波长区域,倒装功率型LED器件的最小效率要比普通型器件高出1.6倍。
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