LED最终的输出光功率可以用发光过程中每一步自身的特 征效率表示，所以器件总效率（也叫外功率效率）可以表 示为：
o g i esc
LED输出的光功率（ Pout） 注入LED的电功率（Pin）
ηg：过剩载流子的注入效率 ηi：载流子的辐射复合效率，也叫内量子效率。 ηesc：半导体内的光逸出器件能进入自由空间的效率，也叫 光学（逸出）效率。 LED的输出光功率Pout与注入电流 I 的关系 是反映器件性能优劣的基本特性之一。
i
每秒能发射进自由空间 的光子数 Pout / h 每秒从管芯有源区发出 的光子数 Pin / h
提高光逸出效率是很困难的，通常不采取特殊措施时，不 会超过50%。
4、外量子效率ηext
外量子效率定义为：
每秒能发射进自由空间 的光子数 ext 每秒注入的LED电子数 Pout / h i esc I /q
6、斜率效率ηo
斜率效率是描述LED的P-I特性的重要参量之一。 它定义为LED输出光功率Pout对注入电流IF的一次微分，即
7、荧光效率ηL（视觉响应）
h 1.24ext s dP out / dIF ext q
当LED应用到与人眼视觉相关的场合中时，必须考虑器件 的生物学影响，为此更适合用光度学单位来表示LED的性 能。可以将器件的输出光谱对人眼的影响归一化，这样荧 光效率可以表示为：
8.8.6 提高LED内量子效率的措施
从原理上讲，有两种可能的方法来提高LED的内量子效率： 加大复合辐射概率和降低非辐射复合概率，具体通过以下几 种方法来实现： （1）采用晶格匹配的双异质结构； （2）选取适当的有源区掺杂浓度； （3）选取适当的限制层掺杂浓度； （4）控制pn结偏移的影响；
（5）降低非辐射复合的影响。
可见，外量子效率是内量子效率与光逸出效率的乘积。
5、外功率效率ηo
外功率效率定义为：
Pout o I F V j
其中，IF为正向注入电流，Vj为pn结的偏置电压，Vj=VF-RIF， VF是正向偏置电压，R是电路中宗的串联电阻，IF与Vj的乘积 为提供给LED的电功率，所以外功率也叫插座（wallplug）效 率，转换效率即LED的总效率。
p-n结注入式电致发光机理 （结型电致发光） 按照半导体材料不同形成的p-n结来进行 电致发光的情况，可分为两类：
同质p-n结注入式电致发光
异质p-n结注入式电致发光
8.7.4 温度对LED的电学性质的影响
温度对二极管正向驱动电压也有影响。 对非简并半导体，在正向偏压下，肖克莱方程可写成：
其中，n c r和 n c d 分别为光纤芯和包层的折射率，N.A为光 纤的数值孔径。若认为LED发出的光在空间满足余弦分布， 且满足分步范围在0~π/2，则耦合进光纤的光的效率为：
2
2
2
2
i sin A
2
LED与光纤的耦合效率很低，只有10%左右，所以提高耦 合效率是LED结构设计研究的重要课题之一。
qV (T ) ( Eg (T )) I I s exp[ ] kT
*
由此可得：
kT I Eg (T ) V (T ) ln * q IS q
* s
其中： I qA(
Dp N c N v Lp N D
Dn Nc Nv ) Ln N A
8.8.1 P-I特性和不同定义下得光发射效率
1、注பைடு நூலகம்效率ηg
对于一个不对称的n+-P结，电子注入是主要的，注入到结的 P型侧的电子电流是二极管总电流的一部分，即：
Dn n po / Ln jn g jn j p Dn n po / Ln Dp pno / Lp
由此可得：
g (1
D p Pno Ln Dn n po Lp
3、光逸出效率ηesc
从LED管芯有源区发出的光子不是都能逸出到管子外面的 自由空间区的，存在各种损耗因素。例如，从管芯发出的 光会被衬底再吸收，发射的光可能入射到金属接触的表面 而被反射吸收，还有从半导体表面发出的光，当期角度大 于临界角时会发生全内反射。这样，管芯发射的光不能全 部逸出管外，为此定义光逸出功率为：
)
1
爱因斯坦关系
质量作用定律
p Ppo Ln 1 g (1 ) n nno Lp
2、内量子效率ηi
LED的内量子效率定义为：
每秒从有源区发射的光 子数 Pin / h i 每秒注入LED的电子数 I/q
其中，Pin是从LED有源区发射的光功率，I是注入电 流。 对于直接带隙半导体的同质结器件，内量子效率一般 为50%，双异质结结构器件的ηi可达60%~80%。 对间接带隙半导体，ηi很低，掺入等电子杂质中心后， 复合只能靠杂质能级发生，。
（2）选取适当的有源区掺杂浓度
（1）采用晶格匹配的双异质结 构
在异质结构中，有源层与限制层（包层）的晶格常数匹配 是必要条件（应变量子阱结构除外）。晶格失配会产生悬 挂键，形成失配位错线，载流子在这些位错上会发生非辐 射复合，因此内量子效率就随晶格失配的增加而降低。 实验结果表明，当晶格失配率超过了3Χ10-3时，LED的输 出光功率急剧下降。
L V ( )P0 ( )d / P0 ( )d

P0(λ)是LED的发射谱，V(λ)是眼睛的明视觉响应谱。
8、LED光纤的耦合效率ηf
在LED地某些应用中，需要将光耦合进光纤，这时存在一个 耦合效率，如果光纤维最大接受叫，则根据计算得到：
A arcsin(ncr ncd )1/ 2 arcsin(N . A)
8.5 半导体LED的工作原理
当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到 N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近 数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生 自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴 所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出 的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光 的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极 管。