通过哪些芯片制造过程中的工艺技术措施，可以提高芯片发光强度与出光效率？

LED的亮度主要取决于外延方法和外延质量好坏，在芯片制造过程中采取不同的方法也可提高一些光强即提高外量子效率，但是程度有限。现在使用最方泛的方法是进行表面粗化工艺。粗化的原理是增加发光面积。该方法适用于黄，绿，普红，普黄。等GaPa基材的外延片，另外红外LED也可采用该方法。这种方法一般可以提高30%。
另外有一种方法是覆盖一层增透膜。由于发光二极管晶体的折射率比较高，当光线射向晶体表面时，在晶体和空气的交界面上就要产生折射。若假定该晶体的折射率为N1，入射角为θ1，在空气折射率为N2，折射角为θ2时，如图29-1：








图29-1
根据折射定律，可得：
NIsinθ1=N2sinθ2 (29-1)
从式（29-1）知，当θ2=90°时的θ1称为入射临界的半角用θC表示，即
θC=arcsinN2/ N1 (29-2)
显然当θ1>=θC时光线全部被反射向晶体内部，如果在LED晶体与空气之间镀一层中等折射率的介质层可增大临界角θC。比如GaP的N1=3.3如果还没有介质层则临界角θC=17.7度。覆盖一层N2=1.66的介质层后θC可能增大到了30.3度，光强可提高为2.5倍。
目前通过工艺和结构上的改进可以提高芯片的出光效率，归纳起来有如下几种有效方法：
（1） 透明衬底技术
通常LED的衬底用GaAs材料，但GaAs是一种吸光材料，LED发出的光会被它吸收，降低出光效率。为此，在外延成PN结后，用腐蚀的方法GaAs衬底去除，然后在高温条件下将能透光的GaP粘贴上去做衬底，使PN结射出光通过金属底板反射出去，提高出光效率。
这种方法在制作InGaAlP四元芯片时，在去除GaAs衬底后先用粘贴方法制作一层金属
镜面反光层，然后再粘贴基板，这样使射向衬底的光放射到出光面，使芯片出光效率提高。
（2） 芯片表面粗化法
由于GaN的折射系数η1=2.3，与空气折射系数η1=1相差较大，其余反射临界角仅为
25°，使大部分光不能逸出到空气中去，出光效率较低。为此，通过改变GaN与空气的介面的几何形状，使全反射临界角增大，提高出光效率，这就是通过芯片表面粗化的方法来实现。图29-2示出芯片出光面示意图。




图29-2
（3）芯片倒梯形结构。CREE公司有一款芯片采用倒梯形结构后也提高了光强，如图29-3。由于这种结构的芯片其边缘部分的全反射临界角增大，光子逸出率提高，并能从碗腔射出，提高光强和出光效率。




图29-3
（3） Flip-chip技术。参见第35题。