兩種可提高LED光效的芯片發(fā)光層結構設計

　　LDE的芯片結構設計是一項非常復雜的系統工程，其內容涉及以提高注入效率和光效為目的電致發(fā)光結構設計、以提高學(xué)出光效率為目的的光引出結構設計和與光效密相關(guān)的電極設計等。

　　隨著(zhù)MOCVD外延生長(cháng)技術(shù)和多量子阱結構的發(fā)展，人們在精確控制外延、摻雜濃度和減少位錯等方面都取得了突破，處延片的內量子效率已有很大提高。像波長(cháng)為625nm的A1InGap基LED，內量子效率已接近極限，可達100％.A1InGap基LED的內量子效率雖遠比A1InGap基LED的低，但也達40％～50％。

　　大家知道，LED的外量子效率取決于外延材料的內量子效率和芯片的出光效率，提高LED發(fā)光效率的關(guān)健是提高芯片的外量子效率，這在很大程度上決于芯片的出光效率。為此HBLED和超HBLED要求設計新型芯片結構來(lái)提高器件的出光效率，進(jìn)而提高發(fā)光效率。下面對提高LED發(fā)光效率的技術(shù)途徑和發(fā)展狀況作簡(jiǎn)要介紹。

　　優(yōu)化芯片發(fā)光層能帶結構

　　設計不同的發(fā)光層結構，可以提高LED的光效。目前人們所采用的發(fā)光層結構主要有以下兩種：

　　一是雙異質(zhì)結（DH）

　　異質(zhì)結LED相對于同質(zhì)結LED來(lái)說(shuō)，其P區和N區有帶隙不同的半導體組分。在異質(zhì)結中，寬帶隙材料叫勢壘層，窄帶隙材料叫勢阱層。只有一個(gè)勢壘層和勢阱層的結為單異質(zhì)結（SH），有兩個(gè)勢壘層和一個(gè)活性層（即載流子復合發(fā)光層）的結叫雙異質(zhì)結。雙異質(zhì)結的兩個(gè)勢壘層對注入的載流子起到限域作用，即通過(guò)第一個(gè)異質(zhì)結果面擴散進(jìn)入活性層的載流子，會(huì )被第二個(gè)異質(zhì)結界面陰擋在活性層中，致使目前HBLED能帶結構通常都采用雙異質(zhì)結。

　　二是量子阱結構

　　活性層的變薄能夠有效地提高輻射復合效率，并且能減少再吸收。但是，當活性層的厚度可以與晶體中電子的德布羅意波相比擬進(jìn)，載流子會(huì )因為量子限域而發(fā)生能譜的改變。這種特殊的結構被稱(chēng)為量子阱（QW）。勢阱中的載流子能帶不再連續，而是取一系列的分立值?；钚詫蛹瓤梢允菃螌?，即單量子阱（SQW）；也可以為多層，即多量子阱（MQW）結構。采用量子阱結構的活性層可以更薄，造成對載流子的進(jìn)一步限域，更有利于效率的提高。已經(jīng)發(fā)現，發(fā)光波長(cháng)為565nm的A1InGap雙異質(zhì)結LED，當活性層厚度在0.15～0.75nm的范圍內時(shí)，光效最高；超出這個(gè)范圍時(shí)，光效則急劇下降，這是由于活性層太薄，容易引起載流子隧道穿透到活性層之外；如果活性層太厚，載流子復合效率會(huì )降低。量子阱結構是目前HBLED廣為采用的能帶結構之一。