摘 要：对于高效照明用ＬＥＤ，发光效率是其最重要的参数。目前，ＬＥＤ的内量子效率可达到９９％以上，主要瓶颈是外量子效率。为了解决这个制约发展的问题，许多新颖的解决方案被提出，尽管大多数还仅存于试验阶段或理论验证阶段，但都为最终的产业化奠定了坚实的基础。文章着重介绍目前提高ＬＥＤ外量子效率的主要途径，如倒装焊（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ）、光子晶体（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ）、激光剥离（Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ）、芯片微结构、分布布喇格反射层（ＤＢＲ）、改变ＬＥＤ几何外形和表面粗化等技术。
关键字：ＬＥＤ光输出；倒装焊；光子晶体；激光剥离；芯片微结构；分布布喇格反射层；透明衬底；表面粗化；
作为一种新型的发光体，ＬＥＤ自诞生以来就倍受关注。特别是进入２１世纪后，世界面临严重的能源、环境危机，在发达国家，照明用电占总用电量的２０％；我国的照明用电约占总用电量的１２％，至２０１０年，我国照明用电将高达３０００亿度，相当于三峡水电站完工后的年发电量的３倍以上。而目前我国的发电主要还是依靠火力，对于环境的污染非常严重，这就需要改进现有的照明设备，提高其效率。而半导体照明作为新兴的发光体，具有电光效率高、体积小、寿命长、电压低、节能和环保等优点，是下一代照明的不二之选。下表列出了各种照明器件的效率，可以看出，ＬＥＤ与传统的白炽灯、日光灯相比，在电光效率、寿命上占有绝对的优势，一旦在成本、光效上取得突破，将很快占领照明市场。因此国内外都非常关注这一领域的发展，相关新产品、新技术层出不穷。
ＬＥＤ的光电转换效率包括两部分：内量子效率和外量子效率。内量子效率是指电子空穴对在ＬＥＤ结区复合产生光子的效率；外量子效率指将ＬＥＤ结区产生的光子引出了ＬＥＤ后的总效率。设ＬＥＤ的外量子效率为ｈｅｘ，可用下式表示：
ｈｅｘ＝ｈｉｎ·Ｃｅｘ
其中：ｈｉｎ是内量子效率；Ｃｅｘ是逃逸率。ＬＥＤ 内量子效率与外量子效率之间存在巨大的差距。一般来说，高质量ＬＥＤ的内量子效率可以达到９９％以上，而它的外量子效率却非常有限，这是因为Ｃｅｘ非常低的缘故，而这主要是由ＬＥＤ结区的特点所决定的。ＬＥＤ的ＧａＡｓ衬底对光的吸收非常严重，另外它的折射率也很高，导致封装时的光全反射角很小，影响了出光效率。不能出射的光在ＬＥＤ结区转换为热能，提高了结温，使晶格震动加剧，影响了内部量子效率，也使ＬＥＤ的寿命大打折扣，所以将产生的光有效地引出ＬＥＤ是当前ＬＥＤ界研究的主要方向。下面将对正在研究和已经实现的提高ＬＥＤ光引出效率的各种方法略作介绍。
１、提高ＬＥＤ光出射效率的技术
以目前的技术可以使ＩｎＧａＮ有源层在常温普通注入电流条件下的内量子效率达到９０％～９５％。当温度升高，内量子效率会很快下降，因此要提高发光效率就必须控制结温和提高出光效率。
１．１ 提高ＬＥＤ芯片出射效率的技术
1.1.1 衬底激光剥离技术（Lift-off）
因为ＬＥＤ的ＧａＡｓ基衬底的折射率非常大，所以它所造成的内部光吸收损失很大。这种方法是将ＬＥＤ的ＧａＡｓ衬底剥离，换成透明衬底，然后粘结在透明的ＧａＰ衬底上，使光从下底面出射，所以又被称为透明衬底ＬＥＤ（ＴＳ－ＬＥＤ）法，透明衬底的制作如图１所示。理论上讲，这种方法可以使光的出射率提高１倍。
对于以蓝宝石衬底为主的ＧａＡｓ系ＬＥＤ而言，其剥离技术（ＬＬＯ）是基于ＧａＮ的同质外延发展的一项技术。ＧａＮ基半导体材料和器件发展的一个重大问题是由于没有合适的衬底而造成的外延层质量问题，解决这个问题的一种可能途径是利用对衬底透明的短脉冲激光照射衬底，融化缓冲层，从而将ＧａＮ外延层从宝石衬底上剥离下来，再用ＨＶＰＥ生长技术制成ＧａＮ衬底，用以实现同质外延。美国的惠普公司在上世纪末最先在ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ ＬＥＤ上实现；２００２年，日亚正式把它用于ＵＶＬＥＤ的工艺上，使其发光效率得到很大的提高；２００３年２月，德国ＯＳＲＡＭ公司用ＬＬＯ工艺将蓝宝石去除，将ＬＥＤ的出光效率提升至７５％。1.1.2 利用光子晶体技术（Photonic Crystal）
光子晶体实际上就是一种将不同介电常数的介质在空间中按一定周期排列而形成的人造晶体，该排列周期为光波长量级。光子晶体中介质折射率的周期变化对光子的影响与半导体材料中周期性势场对电子的影响相类似。在半导体材料中，由于周期势场的作用，电子会形成能带结构，带与带之间有带隙（如价带与导带），电子的能量如果落在带隙中，就无法继续传播。在光子晶体中，由于介电常数在空间的周期性变化，也存在类似于半导体晶体那样的周期性势场。 当介电常数的变化幅度较大且变化周期与光的波长可相比拟时，介质的布拉格散射也会产生带隙，即光子带隙。频率落在禁带中的光是被严禁传播的。光子晶体也叫电磁晶体（ｅ
