如何提高led發(fā)光效率

過去十多年來，通過在材料和器件設(shè)計方面的改進(jìn)，使得LED的發(fā)光效率獲得了極大提高。在2000年，外量子效率為25%，而如今對藍(lán)光GaN基LED最好的外量子效率已超過70%。圖2.9給出了從2000年到2008年GaN基LED外量子效率發(fā)展變化圖。從圖上中可以看到提高LED的發(fā)光效率可以從兩個方面考慮：（1）提高內(nèi)量子效率（2）提高光提取效率。

這里先來說說如何提內(nèi)量子效率的方法：

1、改變發(fā)光層的結(jié)構(gòu)同質(zhì)結(jié)LED是指在同一種半導(dǎo)體材料中通過摻雜制備PN結(jié)的LED工礦燈芯片。這種結(jié)構(gòu)主要存在的問題是：為了減少材料的吸收，窗口層（P層）做得盡可能薄，這樣一來，在P型區(qū)，部分注入的電子易于穿過薄的P層到達(dá)表面，通過晶體的表面缺陷作無福射復(fù)合，無福射復(fù)合降低了發(fā)光效率；

2、由于電子分布在整個擴(kuò)散長度上，復(fù)合發(fā)生要在一個較大的區(qū)域進(jìn)行，發(fā)射光子被再吸收的幾率增加，這將會影響發(fā)光效率。為了克服同質(zhì)結(jié)LED存在的問題，異質(zhì)結(jié)LED被采用。把兩種不同禁帶寬度材料制成的PN結(jié)LED稱為異質(zhì)結(jié)LED。異質(zhì)結(jié)又分為單異質(zhì)和多異質(zhì)結(jié)。

上圖2.10（a）-（b）分別給出了正向偏置下同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)中載流子的分布。在異質(zhì)結(jié)中載流子僅局限于有源區(qū)域。電子與空穴的復(fù)合幾率大，因而發(fā)光效率高，同時改變量子講的寬度可以控制發(fā)光頻率?，F(xiàn)如今使用的發(fā)光組件都是由異質(zhì)結(jié)構(gòu)組成的，具有高效、耐用、省電等優(yōu)點。

3、光子循環(huán)光子循環(huán)是指自發(fā)福射的光子沒有被吸收而被活性層吸收再福射成光子。如果活性層的相互作用長度足夠長或與活性層的重疊足夠大的話，光子被再吸收的可能性很高。光子循環(huán)對于增加LED工礦燈發(fā)光效率是有貢獻(xiàn)的。在逃逸錐外的光子被吸收，再福射成逃逸錐內(nèi)的光子。變成導(dǎo)模的光子在有源區(qū)內(nèi)可能被再吸收，并再福射或者產(chǎn)生電子空穴對，對于后者載流子會漂移或擴(kuò)散有明顯的效果。

4、改變光子的態(tài)密度內(nèi)量子效率主要由外延質(zhì)量和有源區(qū)電子帶工程決定。它不是半導(dǎo)體的本質(zhì)特征，而與光環(huán)境有關(guān)。光子態(tài)密度和局域電磁場環(huán)境會改變轄射復(fù)合率，稱為Purcell效應(yīng)。