Di dîodên ronahîder (LED) ên li ser bingeha GaN de, pêşveçûna berdewam di teknîkên mezinbûna epitaksiyal û mîmariya cîhazê de karîgeriya kuantûmê ya navxweyî (IQE) nêzîkî herî zêde ya teorîk kiriye. Tevî van pêşketinan, performansa ronî ya giştî ya LED-an bi bingehîn ji hêla karîgeriya derxistina ronahiyê (LEE) ve sînorkirî dimîne. Ji ber ku safîr hîn jî materyalê substratê yê serdest ji bo epitaksiya GaN ye, morfolojiya rûyê wê rolek diyarker di rêvebirina windabûnên optîkî di nav cîhazê de dilîze.

Ev gotar berhevdanek berfireh di navbera substratên safîrê yên deşt û yên bi şêweyan de pêşkêş dike.substratên safîr (PSS)Ew mekanîzmayên optîkî û krîstalografîk ên ku PSS bi rêya wan karîgeriya derxistina ronahiyê zêde dike ronî dike û rave dike çima PSS di çêkirina LED-ên performansa bilind de bûye standardek de facto.

1. Karîgeriya Derxistina Ronahîyê wekî Astengiyek Bingehîn

Karîgeriya kûantûmê ya derveyî (EQE) ya LED-ê ji hêla berhema du faktorên sereke ve tê destnîşankirin:

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

EQE=IQE×LEE

Her çiqas IQE karîgeriya ji nû ve kombînasyona tîrêjê di nav herêma çalak de bipîve jî, LEE rêjeya fotonên çêkirî yên ku bi serkeftî ji cîhazê direvin rave dike.

Ji bo LED-ên li ser bingeha GaN-ê ku li ser substratên safîr têne çandin, LEE di sêwiranên kevneşopî de bi gelemperî bi qasî 30-40% ve sînorkirî ye. Ev sînorkirin bi giranî ji ber vê yekê derdikeve holê:

• Nelihevhatina giran a rêjeya şikestinê di navbera GaN (n ≈ 2.4), safîr (n ≈ 1.7), û hewayê (n ≈ 1.0) de

• Nerazîbûna navxweyî ya tevahî ya bihêz (TIR) ​​li ser rûberên planar

• Girtina fotonan di nav tebeqeyên epitaksiyal û substratê de

Di encamê de, beşek girîng ji fotonên çêkirî gelek refleksên navxweyî derbas dikin û di dawiyê de ji hêla materyalê ve têne mijandin an jî vediguherin germê li şûna ku beşdarî derana ronahiya kêrhatî bibin.

2. Bingehên Safîrê yên Deşt: Sadehiya Avahiyê bi Astengkirinên Optîkî

2.1 Taybetmendiyên Avahiyî

Bingehên safîrê yên deşt bi gelemperî bi rûyekî nerm û planar, bi awayekî c-plane (0001) têne bikaranîn. Ew ji ber van sedeman bi berfirehî hatine pejirandin:

• Kalîteya krîstalî ya bilind

• Stabîlîteya germî û kîmyewî ya hêja

• Pêvajoyên hilberînê yên gihîştî û lêçûn-bandor

2.2 Reftara Optîkî

Ji aliyê optîkî ve, rûberên planar rê li ber rêyên belavbûna fotonê yên pir arasteyî û pêşbînîkirî vedikin. Dema ku fotonên ku di herêma çalak a GaN de çêdibin di goşeyên ketinê de ku ji goşeya krîtîk derbas dibin digihîjin rûbera GaN-hewa an GaN-safîr, refleksa navxweyî ya tevahî çêdibe.

Ev encam dide:

• Girêdana fotonê ya bihêz di hundurê cîhazê de

• Zêdebûna vegirtina ji hêla elektrodên metalî û rewşên kêmasiyê ve

• Belavbûna goşeyî ya sînorkirî ya ronahiya derketî

Di bingeh de, substratên safîrê yên deşt di derbaskirina dorpêçiya optîkî de alîkariyek hindik pêşkêş dikin.

3. Bingehên Safîrê yên bi Nexş: Konsept û Sêwirana Avahiyî

Substratek ji safîrê bi nexş (PSS) bi danasîna avahiyên mîkro- an nanopîvan ên periyodîk an nîv-periyodîk li ser rûyê safîrê bi karanîna teknîkên fotolîtografî û gravurkirinê tê çêkirin.

Geometrîyên PSS-ê yên hevpar ev in:

• Strukturên konîk

• Qubbeyên nîvkadî

• Taybetmendiyên pîramîd

• Şêweyên silindirî an jî konê qutkirî

Pîvanên taybetmendiyên tîpîk ji bin-mîkrometreyê heta çend mîkrometreyan diguherin, bi bilindahî, pitch û çerxa erkê ya bi baldarî têne kontrol kirin.

4. Mekanîzmayên Zêdekirina Derxistina Ronahîyê di PSS de

4.1 Tepeserkirina Tevahiya Refleksa Navxweyî

Topografiya sê-alî ya PSS goşeyên herêmî yên rûdanê li ser rûberên materyalan diguherîne. Fotonên ku dê li sînorek sabît bi tevahî refleksa navxweyî biceribînin, di nav goşeyên konê revê de têne veguheztin, ku îhtîmala derketina wan ji cîhazê bi girîngî zêde dike.

4.2 Belavbûna Optîkî ya Pêşkeftî û Tesadufîkirina Rêyê

Pêkhateyên PSS gelek bûyerên şikestin û reflekskirinê pêk tînin, ku dibin sedema:

• Rasthatîkirina rêyên belavbûna fotonê

• Têkiliya zêdekirî bi navbeynkarên derxistina ronahiyê re

• Demjimêra rûniştina fotonê di nav cîhazê de kêm kir

Ji hêla statîstîkî ve, ev bandor îhtîmala derxistina fotonê berî ku were vegirtin zêde dikin.

4.3 Nirxandina Endeksa Refraktîfê ya Bi Bandor

Ji perspektîfa modelkirina optîkî ve, PSS wekî tebeqeyek veguherîna endeksa refraksiyonê ya bi bandor tevdigere. Li şûna guherînek ji nişka ve ya endeksa refraksiyonê ji GaN bo hewayê, herêma bi şêweyek guherînek hêdî hêdî ya endeksa refraksiyonê peyda dike, bi vî rengî windahiyên refleksa Fresnel kêm dike.

Ev mekanîzma ji hêla têgehî ve dişibihe pêçanên dij-refleksê, her çend ew li şûna destwerdana fîlima tenik, xwe dispêre optîkên geometrîkî.

4.4 Kêmkirina Nerasterast a Windabûnên Vegirtinê yên Optîkî

Bi kurtkirina dirêjahiya rêyên fotonê û tepeserkirina refleksên navxweyî yên dubarekirî, PSS îhtîmala vegirtina optîkî bi van awayan kêm dike:

• Têkiliyên metalî

• Rewşên kêmasiyên krîstalê

• Vegirtina hilgirê azad di GaN de

Ev bandor hem ji bo karîgeriya bilindtir û hem jî ji bo performansa germî ya çêtir dibin alîkar.

5. Feydeyên Zêde: Baştirkirina Kalîteya Krîstal

Ji bilî başkirina optîkî, PSS di heman demê de bi rêya mekanîzmayên zêde mezinbûna epitaksiyal a lateral (LEO) kalîteya materyalê epitaksiyal jî baştir dike:

• Dislokasyonên ku ji rûbera safîr-GaN derdikevin, têne beralîkirin an jî bi dawî dibin.

• Dûrahiya dislokasyona tirêkirinê bi girîngî kêm dibe

• Kalîteya krîstal a başkirî pêbaweriya cîhazê û temenê xebitandinê zêde dike

Ev dualîya sûdwergirtina optîkî û avahîsaziyê PSS-ê ji nêzîkatiyên teksturkirina rûyê tenê optîkî cuda dike.

6. Berawirdkirina Hejmarî: Safîra Flat li hember PSS

Destkeftiyên performansa rastîn bi geometrîya qalibê, dirêjahiya pêlê ya emîsyonê, mîmariya çîpê û stratejiya pakkirinê ve girêdayî ye.

7. Danûstandin û Nirxandinên Endezyariyê

Tevî avantajên xwe, PSS çend pirsgirêkên pratîkî derdixe holê:

• Gavên lîtografî û gravurkirinê yên zêde lêçûna çêkirinê zêde dikin

• Yekrengiya şêwazê û kûrahiya gravurkirinê kontrola rast hewce dike.

• Nimûneyên nebaş-optîmîzekirî dikarin bandorek neyînî li ser yekrengiya epîtaksîyal bikin.

Ji ber vê yekê, çêtirkirina PSS bi xwezayî karekî pirdisîplîn e ku simulasyona optîkî, endezyariya mezinbûna epitaksiyal, û sêwirana cîhazê vedihewîne.

8. Perspektîfa Pîşesaziyê û Pêşerojê

Di çêkirina LED-ên nûjen de, PSS êdî wekî pêvekek bijarte nayê hesibandin. Di sepanên LED-ên hêza navîn û bilind de - di nav de ronahîkirina giştî, ronahîkirina otomobîlan, û ronahîkirina paşîn a ekranê - ew bûye teknolojiyek bingehîn.

Trendên lêkolîn û pêşveçûnê yên pêşerojê ev in:

• Sêwiranên PSS yên pêşkeftî ji bo serîlêdanên Mini-LED û Micro-LED hatine çêkirin

• Nêzîkatiyên hîbrîd ên ku PSS bi krîstalên fotonîk an jî teksturkirina rûyê nanopî re hevber dikin

• Hewldanên berdewam ji bo kêmkirina lêçûn û teknolojiyên şêwazkirina pîvanbar

Xelasî

Bingehên safîrê yên bi şêweyekî veguherînek bingehîn ji piştgirên mekanîkî yên pasîf ber bi pêkhateyên optîkî û avahîsaziyê yên fonksiyonel di cîhazên LED de temsîl dikin. Bi çareserkirina windahiyên kişandina ronahiyê di koka wan de - ango dorpêçkirina optîkî û refleksa navrûyê - PSS rê dide karîgeriyek bilindtir, pêbaweriya çêtir, û performansa cîhazê ya domdartir.

Berevajî vê, her çend substratên safîrê yên deşt ji ber çêkirina wan û lêçûna wan a kêmtir balkêş dimînin jî, sînorkirinên wan ên optîkî yên xwerû guncawbûna wan ji bo LED-ên bi karîgeriya bilind ên nifşê pêşerojê sînordar dikin. Her ku teknolojiya LED-ê berdewam pêş dikeve, PSS wekî mînakek zelal radiweste ku endezyariya materyalan çawa dikare rasterast bibe sedema destkeftiyên performansa asta pergalê.