4. 无荧光粉单芯片白光LED

　　现有白光LED主要采用蓝光LED加**荧光粉的方式组合发出白光，这种白光典型的显色指数不高，尤其是对于红色和绿色的再现能力较弱。此外，荧光粉也面临诸如可靠性差、损失效率等问题。完全依赖InGaN材料作为发光区在单一芯片中实现白光从理论上是可行的。近年来，国内外的一些高校和研究机构也都开展了相关研究。比较有代表性的是中科院物理所陈弘小组利用InGaN量子阱中In的相分离实现了高In组分InGaN黄光量子点，和蓝光量子阱组合发出白光。但是该白光的显色指数还比较低。无荧光粉单芯片白光LED是很具吸引力的发展方向，如果能实现高效率和高显色指数，将会改变半导体照明的技术链。

　　5. 其他颜色LED

　　GaN基蓝光LED的外量子效率已超过60%，这意味着蓝光LED器件已经相对成熟。因此，人们开始把眼光投向氮化物材料能够覆盖的其他波段。传统的III-V族半导体制作红外和红光波段的发光器件已经十分成熟，所以对氮化物而言发展绿光和紫外光LED显得更有意义。

　　(1) 绿光LED

　　绿光波段是目前可见光波段效率最低的，被称作“Green Gap”。InGaN在绿光波段效率低下的原因是因为In组分较高和量子阱较宽引起的极化效应变得更强。前面提到的生长非极性/半极性面LED是提高绿光 LED效率的有效方法，但是受限于同质衬底目前还不具实用性。近期，德国Osram公司的研究人员重点研究了光泵结构的LED。他们采用蓝光LED作为泵浦源激发绿光InGaN/GaN多量子阱 ，得到的绿光LED在350 mA下峰值波长为535 nm，流明效率为127 lm/W，高于直接将载流子注入绿光MQW的LED。

　　(2) 紫外LED

　　紫外光在固化、杀菌、预警、隐蔽通信等领域有重要应用。传统的紫外光源都是真空器件。氮化物材料是最适合制作紫外光LED的材料系，但是由于位错密度高，同时发光区为AlGaN(不含In，无法利用InGaN发光效率对位错不敏感的优势)，GaN基紫外LED尤其是深紫外LED(波长280 nm以下)的效率还很低。日本的Riken研究所和美国南加州大学的Arif Khan小组是研究深紫外LED的先锋。Riken可以将深紫外LED的外量子效率做到3.8%，输出功率达30 mW。

　　二、芯片工艺

　　1. 正装芯片

　　正装芯片是目前市场上使用最多的芯片，日本日亚公司是该技术路线的典型代表。它一般是在蓝宝石图形衬底上生长LED材料，从表面p-GaN出光，并在蓝宝石背面蒸镀一层反射膜。需将芯片的一部分区域干法刻蚀至n-GaN以制作共面电极。正装芯片的结构简单，制作成本低，适合小功率工作。由于蓝宝石衬底的散热能力不强，正装芯片大功率工作时会受到一些限制，但是日亚公司凭借其材料质量上的优势实现了LED在高结温下依然具有可观的效率。其使用外量子效率 84.3%的蓝光LED正装芯片封装得到的白光LED在20 mA下可实现249 lm/W的光效；高功率白光LED在350 mA电流下光效为183 lm/W。正装芯片的关键技术包括：

　　(1) 透明导电膜

　　目前产业界主要使用氧化铟锡(ITO)电极作为p-GaN表面的透明欧姆电极。ITO是在太阳能电池和液晶领域被广泛使用的透明导电膜，在蓝光区域有良好的透光性。另一方面，In元素在地球上的储量不丰富，属于稀有金属。因此，人们开始寻找新的透明导电材料代替ITO，比较有代表性的是ZnO透明薄膜。 ZnO也属于宽禁带半导体，对蓝光透明。但是其稳定性、接触特性等与ITO相比还存在差距，因此产业界尚未开始使用。

　　(2) 表面粗化

　　前面提到，蓝宝石图形衬底的使用增强了光在GaN和蓝宝石界面处的散射，大幅提高了LED的光提取效率。在p-GaN表面或ITO电极表面也可制作相应的粗糙化结构来增强光的散射。日亚公司的代表性技术之一，就是将ITO透明电极制作成网状结构，以利于光的出射。一些机构也开始研究采用自组装生长ITO纳米线的方法在LED表面形成粗化结构。此外，也有人尝试采用干法刻蚀的方法在p-GaN上制作二维光子晶体结构，利用光子晶体的禁带实现蓝光的全部出射。但是大面积均匀的光子晶体的制作十分困难，成本很高，且会对电特性造成一定破坏，因此在产业界使用不多。

　　(3) DBR反射器

　　DBR反射器主要用于蒸镀在被减薄的蓝宝石衬底背面，将原本从蓝宝石背面出射的光反射至LED表面出射。早期的反射镀膜使用Al、Au等金属，但成本过高，目前较多使用的是由SiO2/TiO2介质膜组成的DBR反射器。