Nan dyòd ki emèt limyè (LED) ki baze sou GaN, pwogrè kontinyèl nan teknik kwasans epitaksi ak achitekti aparèy yo te pouse efikasite kwantik entèn (IQE) pi pre maksimòm teyorik li. Malgre pwogrè sa yo, pèfòmans limineuz jeneral LED yo rete fondamantalman limite pa efikasite ekstraksyon limyè (LEE). Kòm safi kontinye ap materyèl substra prensipal pou epitaksi GaN, mòfoloji sifas li jwe yon wòl desizif nan gouvène pèt optik nan aparèy la.

Atik sa a prezante yon konparezon konplè ant substrats safi plat ak substrats ki gen modèl.substrats safi (PSS)Li klarifye mekanis optik ak kristalografik yo atravè ki PSS amelyore efikasite ekstraksyon limyè epi li eksplike poukisa PSS vin tounen yon estanda de facto nan fabrikasyon LED pèfòmans segondè.

1. Efikasite Ekstraksyon Limyè kòm yon Anbouteyaj Fondamantal

Efikasite kwantik ekstèn (EQE) yon LED detèmine pa pwodwi de faktè prensipal:

$EQE\; =\; IQE\; \times \; LEE\backslash text\{EQE\}\; =\; \backslash text\{IQE\}\; \backslash times\; \backslash text\{LEE\}$

EQE=IQE×LEE

Pandan ke IQE quantifye efikasite rekombinasyon radyatif nan rejyon aktif la, LEE dekri fraksyon foton ki pwodui ki reyisi chape anba aparèy la.

Pou LED ki baze sou GaN ki grandi sou substrat safi, LEE nan desen konvansyonèl yo tipikman limite a apeprè 30-40%. Limitasyon sa a soti prensipalman nan:

• Gwo pwoblèm nan endis refraksyon ant GaN (n ≈ 2.4), safi (n ≈ 1.7), ak lè (n ≈ 1.0)

• Gwo refleksyon total entèn (TIR) ​​nan interfaces planè yo

• Pyèj foton nan kouch epitaksyèl yo ak substra a

Kidonk, yon pòsyon enpòtan nan foton ki pwodui yo sibi plizyè refleksyon entèn epi finalman materyèl la absòbe yo oubyen konvèti yo an chalè olye pou yo kontribye nan yon pwodiksyon limyè itil.

2. Substra Safi Plat: Senplisite Estriktirèl ak Kontrent Optik

2.1 Karakteristik estriktirèl

Substra safi plat yo tipikman itilize yon oryantasyon plan c (0001) ak yon sifas lis, plan. Yo te lajman adopte akòz:

• Segondè kalite cristalline

• Ekselan estabilite tèmik ak chimik

• Pwosesis fabrikasyon ki gen matirite ak pri-efikas

2.2 Konpòtman optik

Sou yon pwen de vi optik, entèfas planè yo mennen nan chemen pwopagasyon foton ki trè direksyonèl e previzib. Lè foton ki pwodui nan rejyon aktif GaN a rive nan entèfas GaN-lè a oswa GaN-safir la nan ang ensidan ki depase ang kritik la, refleksyon total entèn rive.

Sa lakòz:

• Konfinman foton fò nan aparèy la

• Ogmantasyon absòpsyon pa elektwòd metal ak eta defo

• Yon distribisyon angilè limite nan limyè ki emèt la

Anfèt, substrats safi plat yo ofri ti èd pou simonte konfinman optik.

3. Substra Safi ki gen modèl: Konsèp ak konsepsyon estriktirèl

Yon substrat safi modele (PSS) fòme lè yo entwodui estrikti mikwo- oswa nanoechèl peryodik oswa kwazi-peryodik sou sifas safi a lè l sèvi avèk teknik fotolitografi ak grave.

Jeyometri PSS komen yo enkli:

• Estrikti konik yo

• Dòm emisferik

• Karakteristik piramidal

• Fòm silendrik oswa kòn tronke

Dimansyon karakteristik tipik yo varye ant sub-mikromèt ak plizyè mikromèt, ak wotè, anplasman, ak sik devwa kontwole ak anpil atansyon.

4. Mekanis pou amelyorasyon ekstraksyon limyè nan PSS

4.1 Sipresyon Refleksyon Entèn Total la

Topografi twa dimansyon PSS la modifye ang ensidans lokal yo nan entèfas materyèl yo. Foton ki ta otreman fè eksperyans refleksyon total entèn nan yon limit plat yo redireksyone nan ang ki andedan kòn chape a, sa ki ogmante anpil pwobabilite yo pou yo soti nan aparèy la.

4.2 Amelyorasyon nan difizyon optik ak randomizasyon chemen

Estrikti PSS yo prezante plizyè evènman refraksyon ak refleksyon, sa ki mennen nan:

• Randomizasyon direksyon pwopagasyon foton yo

• Ogmantasyon entèraksyon ak interfaces ekstraksyon limyè

• Rediksyon tan rezidans foton nan aparèy la

Estatistikman, efè sa yo ogmante chans pou ekstraksyon foton anvan absòpsyon an rive.

4.3 Klasifikasyon Endis Refraksyon Efektif

Nan yon pèspektiv modèl optik, PSS aji kòm yon kouch tranzisyon endis refraksyon efikas. Olye de yon chanjman endis refraksyon sibit soti nan GaN pou ale nan lè, rejyon ki gen modèl la bay yon varyasyon endis refraksyon gradyèl, kidonk diminye pèt refleksyon Fresnel yo.

Mekanis sa a sanble ak kouch anti-refleksyon yo nan yon sans konsèp, byenke li depann sou optik jeyometrik olye de entèferans fim mens.

4.4 Rediksyon Endirèk nan Pèt Absòpsyon Optik

Lè PSS diminye longè chemen foton yo epi siprime refleksyon entèn repete yo, li diminye pwobabilite absòpsyon optik la pa:

• Kontak metal yo

• Eta defo kristal yo

• Absòpsyon transpòtè lib nan GaN

Efè sa yo kontribye nan tou de pi gwo efikasite ak amelyorasyon pèfòmans tèmik.

5. Lòt Benefis: Amelyorasyon nan Kalite Kristal la

Anplis amelyorasyon optik, PSS amelyore tou kalite materyèl epitaksyèl atravè mekanis lateral epitaksyèl surkwasans (LEO):

• Dislokasyon ki soti nan entèfas safi-GaN yo redireksyone oswa fini.

• Dansite dislokasyon fil la siyifikativman redwi

• Amelyorasyon kalite kristal la amelyore fyab aparèy la ak dire lavi operasyonèl li.

Benefis doub optik ak estriktirèl sa a distenge PSS de apwòch teksturizasyon sifas ki piman optik.

6. Konparezon Kantitatif: Safi Plat vs. PSS

Benefis pèfòmans reyèl yo depann de jeyometri modèl la, longèdonn emisyon an, achitekti chip la, ak estrateji anbalaj la.

7. Konpwomi ak Konsiderasyon Enjenyè

Malgre avantaj li yo, PSS prezante plizyè defi pratik:

• Etap litografi ak gravur adisyonèl ogmante pri fabrikasyon an

• Inifòmite modèl ak pwofondè grave mande pou kontwòl presi

• Modèl ki mal optimize yo ka afekte inifòmite epitaksyèl la yon fason negatif.

Se poutèt sa, optimize PSS se yon travay miltidisiplinè ki enplike simulation optik, jeni kwasans epitaksiyal, ak konsepsyon aparèy.

8. Pèspektiv Endistri a ak Pèspektiv pou lavni

Nan fabrikasyon LED modèn, yo pa konsidere PSS kòm yon amelyorasyon opsyonèl ankò. Nan aplikasyon LED mwayen ak gwo puisans—tankou ekleraj jeneral, ekleraj otomobil, ak ekleraj dèyè ekran—li vin tounen yon teknoloji debaz.

Tandans rechèch ak devlopman nan lavni yo enkli:

• Desen PSS avanse ki adapte pou aplikasyon Mini-LED ak Micro-LED

• Apwòch ibrid ki konbine PSS ak kristal fotonik oswa teksturasyon sifas nanoechèl

• Efò kontinyèl pou rediksyon depans ak teknoloji modèl évolutif

Konklizyon

Substra safi ki gen modèl reprezante yon tranzisyon fondamantal soti nan sipò mekanik pasif rive nan konpozan optik ak estriktirèl fonksyonèl nan aparèy LED yo. Lè yo adrese pèt ekstraksyon limyè nan rasin yo—sitou konfinman optik ak refleksyon koòdone—PSS pèmèt pi gwo efikasite, pi bon fyab, ak yon pèfòmans aparèy ki pi konsistan.

Okontrè, byenke substrats safi plat yo rete atiran akòz fabrikasyon yo ak pri ki pi ba yo, limitasyon optik natirèl yo limite adaptabilite yo pou LED ki gen gwo efikasite pwochen jenerasyon an. Pandan teknoloji LED ap kontinye evolye, PSS kanpe kòm yon egzanp klè sou kijan jeni materyèl ka tradui dirèkteman an amelyorasyon pèfòmans nan nivo sistèm.