Ao amin'ny diode mamoaka hazavana (LED) miorina amin'ny GaN, ny fandrosoana mitohy amin'ny teknika fitomboana epitaxial sy ny maritrano fitaovana dia nitarika ny fahombiazan'ny quantum anatiny (IQE) ho akaiky kokoa ny fara tampony ara-teorika. Na eo aza ireo fandrosoana ireo, ny fahombiazan'ny hazavana amin'ny ankapobeny amin'ny LED dia mbola voafetra amin'ny alàlan'ny fahombiazan'ny fitrandrahana hazavana (LEE). Satria mbola ny safira no akora fototra manjaka amin'ny epitaxy GaN, ny endriky ny ety amboniny dia mitana anjara toerana lehibe amin'ny fitantanana ny fatiantoka optika ao anatin'ny fitaovana.

Ity lahatsoratra ity dia mampiseho fampitahana feno eo amin'ny substrates safira fisaka sy ny laminasosona safira (PSS)Manazava ireo mekanisma optika sy kristalografika izay ahafahan'ny PSS manatsara ny fahombiazan'ny fitrandrahana hazavana ary manazava ny antony mahatonga ny PSS ho lasa fenitra amin'ny famokarana LED avo lenta.

1. Ny fahombiazan'ny fitrandrahana maivana ho toy ny sakana fototra

Ny fahombiazan'ny kwantika ivelany (EQE) an'ny LED dia voafaritry ny vokatry ny anton-javatra roa lehibe:

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

EQE=IQE×LEE

Raha toa ka mandrefy ny fahombiazan'ny famerenana ny taratra ao anatin'ny faritra mavitrika ny IQE, ny LEE kosa dia mamaritra ny ampahany amin'ny fotona novokarina izay tafavoaka soa aman-tsara ny fitaovana.

Ho an'ny LED miorina amin'ny GaN ambolena amin'ny substrate safira, ny LEE amin'ny endrika mahazatra dia mazàna voafetra ho eo amin'ny 30–40%. Ity fetra ity dia mipoitra voalohany indrindra amin'ny:

• Tsy fitoviana goavana eo amin'ny tondro refractive eo amin'ny GaN (n ≈ 2.4), safira (n ≈ 1.7), ary rivotra (n ≈ 1.0)

• Taratry ny anatiny manontolo matanjaka (TIR) ​​amin'ny interface planar

• Fandrika fotona ao anatin'ny sosona epitaxial sy ny substrate

Vokatr'izany, ampahany betsaka amin'ny fotona novokarina no iharan'ny taratra anatiny maromaro ary amin'ny farany dia voarain'ilay fitaovana na avadika ho hafanana fa tsy mandray anjara amin'ny famoahana hazavana mahasoa.

2. Takelaka fisaka vita amin'ny safira: Fahatsorana ara-drafitra miaraka amin'ny fetran'ny optika

2.1 Toetra mampiavaka ny rafitra

Ny substrates safira fisaka dia mazàna mampiasa endrika c-plane (0001) miaraka amin'ny velarana malama sy fisaka. Nampiasaina betsaka izy ireo noho ireto antony ireto:

• Kalitao kristaly avo lenta

• Fitoniana ara-pahasalamana sy simika tena tsara

• Dingana famokarana matotra sy mahomby

2.2 Fihetsika Optika

Raha jerena amin'ny lafiny optika, ny fifandraisana fisaka dia mitarika mankany amin'ny lalan'ny fiparitahan'ny fotona izay azo vinavinaina tsara sy azo vinavinaina. Rehefa mahatratra ny fifandraisana GaN-rivotra na GaN-sapphire amin'ny zoro fidirana mihoatra ny zoro mitsikera ny fotona vokarina ao amin'ny faritra mavitrika GaN, dia mitranga ny taratra anatiny manontolo.

Izany dia miteraka:

• Fifehezana fotona matanjaka ao anatin'ilay fitaovana

• Fitomboan'ny fidiran'ny elektroda metaly sy ny toetry ny lesoka

• Fizarana zoro voafetra amin'ny hazavana avoaka

Raha fintinina, ny substrates safira fisaka dia tsy dia manampy loatra amin'ny fandresena ny fihenjanan'ny optika.

3. Vatosoa safira misy lamina: Hevitra sy famolavolana ara-drafitra

Ny substrate safira misy lamina (PSS) dia amboarina amin'ny alàlan'ny fampidirana rafitra madinika na nanoscale miverimberina na efa miverimberina eo amin'ny velaran'ny safira amin'ny alàlan'ny fampiasana photolithography sy teknika etching.

Ireto avy ireo jeometrika PSS mahazatra:

• Rafitra kônika

• Dome boribory

• Endrika piramida

• Endrika silindrika na kôna fohy

Ny refy mahazatra dia manomboka amin'ny sub-mikrometatra ka hatramin'ny mikrometatra maromaro, miaraka amin'ny haavony, ny halavirana ary ny tsingerin'ny asa voafehy tsara.

4. Fomba fanatsarana ny fanesorana hazavana ao amin'ny PSS

4.1 Fanafoanana ny Fisaintsainana Anatiny Tanteraka

Ny topografia telo refy an'ny PSS dia manova ny zoro eo an-toerana amin'ny fifandraisan'ny fitaovana. Ny fotona izay mety hiaina taratra anatiny tanteraka amin'ny sisiny fisaka dia averina alefa any amin'ny zoro ao anatin'ny kôna fivoahana, izay mampitombo be ny mety hivoahany ny fitaovana.

4.2 Fiparitahana Optika Nohatsaraina sy Fanovàna Lalana

Ny rafitra PSS dia miteraka trangan-javatra maro momba ny refraction sy ny reflection, izay mitarika ho amin'ny:

• Fampifanarahana amin'ny lalana fampielezana fotona

• Fifandraisana bebe kokoa amin'ny interfaces extraction light

• Nihena ny fotoana ipetrahan'ny fotona ao anatin'ilay fitaovana

Ara-statistika, ireo fiantraikany ireo dia mampitombo ny mety hisian'ny fitrandrahana fotona alohan'ny hitrangan'ny fidiran'ny fotona.

4.3 Fanombanana ny Tondro Refractive Mahomby

Raha jerena amin'ny fomba fijery modely optika, ny PSS dia miasa toy ny sosona tetezamita amin'ny fanondroana refractive mahomby. Tsy fiovan'ny fanondroana refractive tampoka avy amin'ny GaN mankany amin'ny rivotra, fa ny faritra misy lamina kosa dia manome fiovaovan'ny fanondroana refractive miandalana, ka mampihena ny fatiantoka taratra Fresnel.

Mitovy amin'ny coatings anti-reflection ity fomba fiasa ity, na dia miantehitra amin'ny optika geometrika aza izy fa tsy amin'ny fitsabahana amin'ny sarimihetsika manify.

4.4 Fampihenana ankolaka ny fatiantoka amin'ny fidiran'ny hazavana optika

Amin'ny fanafohezana ny halavan'ny lalan'ny photon sy ny fanakanana ny taratra anatiny miverimberina, ny PSS dia mampihena ny mety hisian'ny fidiran'ny hazavana optika amin'ny alàlan'ny:

• Fifandraisana metaly

• Toetran'ny tsy fahatomombanan'ny kristaly

• Fidiran'ny mpitatitra afaka ao amin'ny GaN

Ireo vokatra ireo dia mandray anjara amin'ny fahombiazana ambony kokoa sy ny fahombiazan'ny hafanana tsara kokoa.

5. Tombontsoa fanampiny: Fanatsarana ny kalitaon'ny kristaly

Ankoatra ny fanatsarana ny optika, ny PSS dia manatsara ny kalitaon'ny fitaovana epitaxial amin'ny alàlan'ny mekanisma LEO (lateral epitaxial overgrowth):

• Afindra na ajanona ireo fihetsehana avy amin'ny interface safira-GaN

• Mihena be ny hakitroky ny fifindran'ny kofehy

• Ny kalitaon'ny kristaly nohatsaraina dia mampitombo ny fahatokisan'ny fitaovana sy ny androm-piainany miasa

Io tombony roa sosona amin'ny optika sy ara-drafitra io no mampiavaka ny PSS amin'ny fomba fanamboarana endrika ivelany amin'ny optika madiodio.

6. Fampitahana ara-kajy: Safira fisaka vs. PSS

Miankina amin'ny jeometrian'ny lamina, ny halavan'ny onjam-pamoahana, ny maritrano puce, ary ny paikady famonosana ny tena tombony azo avy amin'ny fahombiazana.

7. Fifandanjana sy Fiheverana momba ny Injeniera

Na dia eo aza ny tombony azo avy amin'ny PSS, dia misy fanamby maro azo ampiharina:

• Mampitombo ny vidin'ny fanamboarana ny litografia sy ny dingana fanampiny amin'ny fandokoana

• Mila fanaraha-maso mazava tsara ny fitoviana amin'ny lamina sy ny halaliny amin'ny fandokoana

• Mety hisy fiantraikany ratsy amin'ny fitoviana epitaxial ny lamina tsy voamboatra tsara

Noho izany, ny fanatsarana ny PSS dia asa iraisan'ny sehatra maro izay ahitana ny simulation optika, ny injenieran'ny fitomboana epitaxial, ary ny famolavolana fitaovana.

8. Fijery momba ny indostria sy ny ho avy

Ao amin'ny famokarana LED maoderina, ny PSS dia tsy heverina ho fanatsarana azo isafidianana intsony. Amin'ny fampiharana LED antonony sy mahery vaika—anisan'izany ny jiro ankapobeny, ny jiro fiara, ary ny jiro manazava ny efijery—dia lasa teknolojia fototra izany.

Ireto avy ireo fironana amin'ny fikarohana sy fampandrosoana amin'ny ho avy:

• Endrika PSS mandroso natao ho an'ny fampiharana Mini-LED sy Micro-LED

• Fomba fiasa mifangaro mampifangaro ny PSS amin'ny kristaly fotonika na ny famolavolana ny velarana amin'ny ambaratonga nano

• Ezaka mitohy amin'ny fampihenana ny fandaniana sy ny teknolojia famolavolana lamina azo ovaina

Famaranana

Ny substrates safira misy lamina dia maneho fifindrana fototra avy amin'ny fanohanana mekanika passive mankany amin'ny singa optika sy ara-drafitra miasa ao amin'ny fitaovana LED. Amin'ny alàlan'ny famahana ny fatiantoka amin'ny fanesorana hazavana amin'ny fotony—izany hoe ny fifehezana optika sy ny taratra interface—ny PSS dia ahafahana mahazo fahombiazana ambony kokoa, azo itokisana kokoa ary fahombiazan'ny fitaovana mitovy kokoa.

Mifanohitra amin'izany kosa, na dia mbola manintona aza ny takelaka safira fisaka noho ny fahafahany manamboatra azy sy ny vidiny mirary kokoa, ny fetran'ny optika ananany dia mametra ny fahafahany mampiasa LED mahomby avo lenta amin'ny taranaka manaraka. Rehefa mitohy mivoatra ny teknolojia LED, ny PSS dia ohatra mazava amin'ny fomba ahafahan'ny injeniera fitaovana mivantana mandika amin'ny fanatsarana ny fahombiazan'ny rafitra.