LED的芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其內(nèi)容涉及以提高注入效率和光效為目的電致發(fā)光結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、以提高學(xué)出光效率為目的的光引出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和與光效密相關(guān)的電極設(shè)計(jì)等。  隨著MOCVD外延生長(zhǎng)技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)展，人們?cè)诰_控制外延、摻雜濃度和減少位錯(cuò)等方面都取得了突破，處延片的內(nèi)量子效率已有很大提高。像波長(zhǎng)為625nm的A1InGap基LED,內(nèi)量子效率已接近極限，可達(dá)100%.A1InGap基LED的內(nèi)量子效率雖遠(yuǎn)比A1InGap基LED的低，但也達(dá)40%~50%.

　　大家知道，LED的外量子效率取決于外延材料的內(nèi)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(shè)計(jì)新型芯片結(jié)構(gòu)來(lái)提高器件的出光效率，進(jìn)而提高發(fā)光效率。下面對(duì)提高LED發(fā)光效率的技術(shù)途徑和發(fā)展?fàn)顩r作簡(jiǎn)要介紹。

　　優(yōu)化芯片發(fā)光層能帶結(jié)構(gòu)

　　設(shè)計(jì)不同的發(fā)光層結(jié)構(gòu)，可以提高LED的光效。目前人們所采用的發(fā)光層結(jié)構(gòu)主要有以下兩種：

　　一是雙異質(zhì)結(jié)（DH）

　　異質(zhì)結(jié)LED相對(duì)于同質(zhì)結(jié)LED來(lái)說(shuō)，其P區(qū)和N區(qū)有帶隙不同的半導(dǎo)體組分。在異質(zhì)結(jié)中，寬帶隙材料叫勢(shì)壘層，窄帶隙材料叫勢(shì)阱層。只有一個(gè)勢(shì)壘層和勢(shì)阱層的結(jié)為單異質(zhì)結(jié)（SH），有兩個(gè)勢(shì)壘層和一個(gè)活性層（即載流子復(fù)合發(fā)光層）的結(jié)叫雙異質(zhì)結(jié)。雙異質(zhì)結(jié)的兩個(gè)勢(shì)壘層對(duì)注入的載流子起到限域作用，即通過(guò)第一個(gè)異質(zhì)結(jié)果面擴(kuò)散進(jìn)入活性層的載流子，會(huì)被第二個(gè)異質(zhì)結(jié)界面陰擋在活性層中，致使目前HBLED能帶結(jié)構(gòu)通常都采用雙異質(zhì)結(jié)。

　　二是量子阱結(jié)構(gòu)

　　活性層的變薄能夠有效地提高輻射復(fù)合效率，并且能減少再吸收。但是，當(dāng)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?yàn)榱孔酉抻蚨l(fā)生能譜的改變。這種特殊的結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為量子阱（QW）。勢(shì)阱中的載流子能帶不再連續(xù)，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(jié)構(gòu)。采用量子阱結(jié)構(gòu)的活性層可以更薄，造成對(duì)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(xiàn)，發(fā)光波長(zhǎng)為565nm的A1InGap雙異質(zhì)結(jié)LED,當(dāng)活性層厚度在0.15~0.75nm的范圍內(nèi)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(fù)合效率會(huì)降低。量子阱結(jié)構(gòu)是目前HBLED廣為采用的能帶結(jié)構(gòu)之一。

　　下表列出了目前常用的高亮度LED所采用的發(fā)光層結(jié)構(gòu)及其外量子效率。