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LED取光效率影响因素的研究 陈怡敏，张涛，金忠良，梁秉文 (中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所) LED(1ightemittingdiode)是一种常见的发光器件，能够将电能高效率地转化为光能， 并且有体积小、寿命长、耗电量少及发热少等特点，被广泛地应用于日常生活中。由于照明 和显示的市场需求，如何提升LED发光效率，一直是国内外研究的热点。 在如何提高出光效率方面已经有很多相关报道，研究指出生长分布布拉格反射层(DBR) 结构、倒金字塔形LED、表面粗化、倒装芯片、图案化蓝宝石衬底以及光子晶体等方法， 可以有效地提高LED的取光效率。但是这些方法已经很成熟，从这些角度提高出光效率已 Kim和 经非常困难。除此以外，也有学者研究了芯片形状和出光效率的关系，比如Ja-Yeon Jang等人分别设计了等边三角形和菱形的芯片，实验结果显示改变芯片形状对 Dong．Hyun 提高发光效率起到了重要作用。 我们从芯片形状尺寸和封装方面对取光效率的影响因素做了一系列的仿真和实验，旨在 发现其中的规律希望找出进一步找到提高取光效率的方法。首先是从芯片形状角度，设计制 作了长方形和三角形、菱形的蓝宝石衬底LED，芯片结构如图1所示。实验证实与近乎正 方的芯片相比三角形发光效率确有5％．10％的提升作用，如图2所示。同时通过lighttools 软件的仿真模拟，发现异形芯片在取光效率方面优于方形芯片，主要原因在于有效的侧壁发 光。 “ ，I!二m牡 ∞ !：鱼型j竺9qi 侣 P-AIGaNIGaN：Mg13／Au ■墨踞皿墨圈讹”；Ii，Au Pl《{《 怫 l!：!!塑型!里!竺璺l● ¨ 佗 n—GaN：Si 【_一————GaN。1一 伸 L__-__________．______-_．_．_____If 屯流(m^J 图1：LED芯片外延层结构剖面示意图2：不同形状芯片光功率与驱动电流的关系 从电极对光的吸收和反射的角度，模拟了相同电极面积(075urn)但面积大小不同的芯 片，芯片结构如图1示。结果如表1示，计算显示尺寸逐渐增大时取光效率先增大后慢慢下 降，原因为由最初的电极转变为芯片吸收在其中的影响越来越明显。 三角形(底+高am2) 方形(长+宽um2) 180*120 0．11818 96*112．5 0．11847 540*360 O．18173 288*337．5 O．17870 900*600 0．17294 480*562．5 O．16972 1800*1200 0．16205 960*1125 0．15830 表1：相同面积的三角形和长方形芯片取光效率的比较 198 芯片形状方面，进行了相同面积不同长宽的长方形芯片的仿真，为了能直接表现差异， 计算时去掉了芯片表面上的电极，外延结构如图3示，结果显示越窄取光效率越高，结果如 表2所示。 Ito P·GaN：Mg 面积(um2)光效 变化比例 P-AIGaN，GaN：M叠 500*500 O．166341