LED的芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項非常復雜的系統(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、以提高學出光效率為目的的光引出結(jié)構(gòu)設(shè)計和與光效密相關(guān)的電極設(shè)計等。
    隨著MOCVD外延生長技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)展，人們在精確控制外延、摻雜濃度和減少位錯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。像波長為625nm的A1InGap基LED，內(nèi)量子效率已接近極限，可達100%.A1InGap基LED的內(nèi)量子效率雖遠比A1InGap基LED的低，但也達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)計新型芯片結(jié)構(gòu)來提高器件的出光效率，進而提高發(fā)光效率。下面對提高LED發(fā)光效率的技術(shù)途徑和發(fā)展狀況作簡要介紹。
    優(yōu)化芯片發(fā)光層能帶結(jié)構(gòu)
    設(shè)計不同的發(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相對于同質(zhì)結(jié)LED來說，其P區(qū)和N區(qū)有帶隙不同的半導體組分。在異質(zhì)結(jié)中，寬帶隙材料叫勢壘層，窄帶隙材料叫勢阱層。只有一個勢壘層和勢阱層的結(jié)為單異質(zhì)結(jié)（SH），有兩個勢壘層和一個活性層（即載流子復合發(fā)光層）的結(jié)叫雙異質(zhì)結(jié)。雙異質(zhì)結(jié)的兩個勢壘層對注入的載流子起到限域作用，即通過***個異質(zhì)結(jié)果面擴散進入活性層的載流子，會被第二個異質(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合效率，并且能減少再吸收。但是，當活性層的厚度可以與晶體中電子的德布羅意波相比擬進，載流子會因為量子限域而發(fā)生能譜的改變。這種特殊的結(jié)構(gòu)被稱為量子阱（QW）。勢阱中的載流子能帶不再連續(xù)，而是取一系列的分立值。活性層既可以是單層，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，造成對載流子的進一步限域，更有利于效率的提高。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，發(fā)光波長為565nm的A1InGap雙異質(zhì)結(jié)LED，當活性層厚度在0.15～0.75nm的范圍內(nèi)時，光效比較高；超出這個范圍時，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，載流子復合效率會降低。量子阱結(jié)構(gòu)是目前HBLED廣為采用的能帶結(jié)構(gòu)之一。