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科技前沿 | Research Review

LED 的发光效率再创新高

Soraa 公司称其 LED 的光生成和提取效率再创新高。

图 为 Soraa 生产的三角体倒装式器件的扫描电子
显微镜图像。该 LED 的光提取效率为 90％，
内量子效率的峰值为 95％。
Soraa 公司称其已经打破了照明灯具内高的电流
密度和温度下 LED 转换效率的纪录。
最新的器件与之前的器件同为“三角体”设计，
但是显著的改变是在于前者采用了倒装结构来使其
两个接触都位于器件的同一侧。
Soraa 公司的 Christophe Hurni 说道 ：“我们的
改进设计在光的提取、外延、电能转换效率等所有
环节上都是十分优秀的，因而更有力地证明了 GaN-
on-GaN 技术所具有的极大潜力”。
该公司在美国西海岸的机构采用了 HVPE 生长
的 GaN 衬底来制作 LED。根据 Hurni 所说，该衬底
相比蓝宝石、硅和 SiC 衬底有着更多的优势，其中
包括有 ：由于衬底的位错密度低而使材料质量更好，
并且在高功率密度时 LED 具有更高的光提取效率。 图为Soraa生产的三角体倒装式器件的扫描电子显微镜图像。该LED的光提取效率为90％，内量
子效率的峰值为95％。
最新的三角体 LED 能发射出 415nm 左右波长
的光，器件的边长为 400µm，在其结构底部具有 n 型和 p 型 提取模型数据和实验结果进行比较，表明最新器件的光提取
接触。该器件的电光转换效率在 25℃时为峰值的 84％，在 效率达到了 90％
-2
100 A cm 时为 70％，在 85℃温度下仍可维持这一性能水平。 控制 LED 电光转换效率的第三个因素是内量子效率，
Hurni 认为，器件在这一高温下所具有的高性能至关重 它会受到材料缺陷、有源区域设计、电流密度引起的效率下
要，“现实世界的照明系统都会在运行过程中升温，即使在 降和热效应等的影响。使用天然衬底有助于减少这些效率损
散热良好的情况下，器件的结温也通常在 85℃以上”。 耗效应，因为这样会减少外延层中的缺陷，并且在结构的设
该团队已经评估了所有会影响电光转换效率的各种因 计中获得更大的自由度。
素，包括对封装的透光效率、器件的光提取效率和内量子效 测量表明，器件的内部量子效率在 25℃可达到其峰值
率等的综合作用进行了评估。 的 95％，并在 85℃时达到 92％。说明它的效率下降效应很小，
根据光线跟踪软件的计算，它的封装体透光效率（芯片 其内量子效率在实际的运行条件，即温度为 85℃、电流密
-2
发射的光子与透过封装体光子的比率）为 94％。该封装尚 度为 100 A cm 时仍能维持在 85％。
未针对该芯片进行过优化，因为这样做在实际上并没有什么 该研究小组已经采用著名的 ABC 模型来绘制内量子效
太大的好处， Hurni 表示 ：“在实践中，封装的透光效率只对 率对电流密度的函数曲线，这种包含了对相空间填充效应的
磷光转换的白光会产生影响”。 模拟证实了 Soraa 的观点，即俄歇散射是导致效率下降的主
Soraa 的工作表明，光提取效率（逸出器件的光子与器 要原因。
件有源区发射光子的比率）受到 LED 常规薄膜结构的限制。
调节其表面粗糙度和芯片形状能够提高对所有方向发射光的 C. Hurni et. al. Appl. Phys. Lett. 106 031101 (2015)
提取效率，该团队建立的先进模型显示，新结构的光提取效
率比常规薄膜器件结构提高了 10％。在一系列芯片上对光

38 化合物半导体 2017年第4期 www.compoundsemiconductorchina.net