2--发光二极管的光.ppt

2发光二极管的光取出原理2.1发光二极管光取出原理二极管辐射发光效率ηR又称为光电转换效率ηwpηwp=ηext×ηvηext外部量子效率；ηv电压效率，因为：外部量子效率=内部量子效率ηint×光取出效率Cex即：ηwp=ηint×Cex×ηv内部量子效率是光子数与电子空穴复合数之比：Popt/hfI/q（Popt为光输出功率）光从折射率为n1的材料到n2的另一种材料时，部分光会被反射回去，该损失称为菲涅耳损失。反射系数R为：n1-n2n1+n2透射系数T为：n1-n24n1n2n1+n2n1+2n1n2+n2上式除以n1n2得菲涅耳损失系数：42+（n1/n2）+（n2/n1）如果：半导体的n1=3.4；空气的n2=1，则有：ηFr=0.702（70.2%）如果在半导体表面涂上一层材料，其nx为：nx=√n1n2=√3.4×1=1.84此时：ηFr=0.832（83.2%）透射率增加了18.5%，若用环氧树脂：nx=1.5；ηFr=0.816（81.6%）透射率增加了16.2%，还不错。在发生全反射时有：n1sinθ1=n2sinθ2n2n1如果：n1=3.4、n2=1；则：Θc=17°临界角损失系数：n21n134将环氧树脂做成圆顶，可将临界角θc增至26°ηcr增至0.195，则可获得2.16倍的改进：LED灯泡发光效率（ηAηFrηcr）灯泡LED芯片发光效率（ηAηFrηcr）芯片ηA（0.816×0.195）ηA（0.702×0.0856）芯片多做成正方形，加厚、采用透明衬底更好。光射出效率由下式表示：4ne（ne+1）例如：空气ne=1；环氧树脂ne=1.5；若用AlGaInP材料：ns=3.4；ne=1.5，ηOpt=25%若用GaN材料：ns=2.5；ne=1.5，ηOpt=29%惠普公司的AlGaInP材料的LED:采用厚的GaP窗口，下面有厚的n-GaP与活性层连接。共有六个圆锥型光柱，635nm处光转换效率有23.7%。惠普LED2.2增加光取出效率的方法加厚窗口、加透明衬底Cex只可以达到24%。且贵2.2.1增加内部量子效率1、改变活性层结构（HP公司产品）采用量子阱结构。（N.F.Gardner）2、采用光子循环方法（T.Baba）直发的光被活性层吸收再变成载流子。3、改进材料质量，减少错位缺陷采用光子循环方法2.2.2改变内部结构增加光的输出1、改善电流分布台湾工研院用薄铟锡氧化物（ITO）制成微电流散布层，使电流得到了均匀分布，效果好。J.K.Sheu等人，在InGaN/GaN量子阱下面增加一层In0.18Ga0.82N：Si（15nm）电流散布层，得到了低电阻、高功率LED。一般LED和有电流散布层的LEDI-V特性曲线：有电流散布层光功率高一倍左右。比较光功率与注入电流的关系：2.电流局限层东芝公司在pAlGaAs窗口层下的p电接触区做了n型电流局限层，使电流不在发光区流过，增加了发光效率。C.Huh等人采用另一种结构制成电流局限层（CBL层用SiO2做成），使电流不到量子阱区：有CBL的室温光谱图和外部量子效应与正向电流的关系：C.C.Liu等人做成了电流阻塞层SHRR（高15