รายละเอียดบล็อก

ในไดโอ้ดปล่อยแสง (LED) ที่ใช้ GaN การพัฒนาอย่างต่อเนื่องในการเติบโต Epitaxial และการออกแบบอุปกรณ์ได้ผลักดันประสิทธิภาพคอนตัมภายใน (IQE) ใกล้กับขีดจํากัดทางทฤษฎีของมันประสิทธิภาพแสงโดยรวมของ LED ยังคงถูกจํากัดโดยพื้นฐานโดยประสิทธิภาพการสกัดแสง (LEE)เนื่องจาก sapphire ยังคงเป็นวัสดุชั้นนําสําหรับ GaN epitaxy โครงสร้างพื้นผิวของมันมีบทบาทสําคัญในการกําหนดการสูญเสียทางแสงบทความนี้ให้การเปรียบเทียบลึกระหว่าง flatสารสับสราทจากทองเหลืองและสับสราตซาฟฟีร์ที่มีรูปแบบ (PSS) อธิบายว่า PSS ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการสกัดแสงได้อย่างไร ผ่านกลไกทางออปติกและกระจกกระจกและทําไมมันจึงกลายเป็นมาตรฐานจริงในด้านการผลิต LED ที่มีประสิทธิภาพสูง.

1ทําไมประสิทธิภาพการสกัดแสงจึงจํากัดผลงาน LED

ประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกทั้งหมด (EQE) ของ LED กํากับโดยผลผลของปัจจัยสําคัญสองปัจจัย:

EQE=IQE×LEE

ขณะที่ IQE สะท้อนว่าอิเล็กตรอนและหลุมรวมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพอย่างไร เพื่อสร้างฟอตอนภายในบริเวณที่ทํางาน

ในไฟ LED ที่ใช้ GaN ที่ปลูกบนพื้นฐานของ sapphire LEE ปกติจํากัด 30~40% ในการออกแบบแบบปกติ เหตุผลหลัก ๆ ได้แก่:

• อัตราการหดที่ไม่ตรงกันระหว่าง GaN (n ≈ 2.4), sapphire (n ≈ 1.7) และอากาศ (n ≈ 1.0)

• ความสะท้อนภายในทั้งหมด (TIR) ที่อินเตอร์เฟซเรียบ

• การจับฟอตอนในชั้น Epitaxial และ substrate

ผลลัพธ์ก็คือ ส่วนใหญ่ของโฟตอนที่ผลิตผ่านการสะท้อนหลายครั้ง และในที่สุดถูกดูดซึมหรือแปลงเป็นความร้อน แทนที่จะเป็นแสงที่มีประโยชน์

2. แผ่นยางแซฟฟียร์เรียบ: ความเรียบง่ายทางโครงสร้าง, ข้อจํากัดทางแสง

2.1 ลักษณะโครงสร้าง

สับสราทสีสีเสพฟีร์เรียบมีพื้นผิวเรียบเรียบ โดยทั่วไปมีทิศทาง c-plane (0001)

• คุณภาพกระจกสูง

• ความมั่นคงทางอุณหภูมิและทางเคมีที่ดี

• กระบวนการผลิตที่พัฒนาและมีประหยัด

2.2 พฤติกรรมทางสายตา

จากมุมมองทางออปติก อินเตอร์เฟซแบบราบนําเสนอเส้นทางการแพร่กระจายโฟตันที่สามารถคาดเดาได้และมีทิศทางสูงเมื่อโฟตอนที่เกิดในภูมิภาคที่ทํางานของ GaN ถึงจุดต่อรองของ GaN อะอาร์ หรือ GaN อะซาฟฟียร์ ในมุมที่เกินมุมวิกฤต, การสะท้อนภายในทั้งหมดเกิดขึ้น

ผลลัพธ์ประกอบด้วย

• การจํากัดโฟตันภายในอุปกรณ์

• การดูดซึมที่เพิ่มขึ้นโดยอิเล็กทรอดและความบกพร่อง

• การกระจายมุมจํากัดของแสงที่ออก

โดยหลักแล้ว พื้นผืนสีซาฟีร์ที่เรียบ จะช่วยอย่างน้อย ในการแก้ไขปัญหาของสายตา

3. สับสราทซาฟฟายร์ที่มีรูปแบบ (PSS): แนวคิดและโครงสร้าง

สารสับสราทซาฟฟายร์แบบ (PSS) ถูกสร้างขึ้นโดยการนํารหัสระดับไมโครหรือนาโนเป็นระดับระยะเวลาหรือครึ่งระยะเวลาลงบนพื้นผิวซาฟฟายร์ผ่าน photolithography และกระบวนการถัก

กณิตศาสตร์ PSS ที่พบทั่วไปประกอบด้วย:

• โครงสร้างทรงโขน

• กลองครึ่งโลก

• พีระมิด

• โค้นทรงกระบอกหรือกระชับ

ขนาดส่วนตัวทั่วไปจะตั้งแต่เล็กน้อยถึงหลายไมโครเมตร โดยมีการควบคุมความสูง, ความสูง และวงจรการทํางานอย่างละเอียด

4วิธีที่ PSS ปรับปรุงประสิทธิภาพการสกัดแสง

4.1 การยับยั้งการสะท้อนภายในทั้งหมด

โตปอลิเจียสามมิติของ PSS เปลี่ยนแปลงมุมการเกิดของพื้นที่ที่อินเตอร์เฟซโฟตอนที่อาจถูกสะท้อนภายในโดยสิ้นเชิงในขอบราบจะถูกนําไปสู่มุมภายในโค้งหลบหนี.

ซึ่งเพิ่มความน่าจะเป็นของโฟตอนที่ออกจากอุปกรณ์ขึ้นอย่างมาก

4.2 การขยายการกระจายแสงและการสุ่มเส้นทาง

โครงสร้าง PSS นําการหักและการสะท้อนหลายเหตุการณ์ นําไปสู่:

• การสุ่มทิศทางของเส้นทางของโฟตัน

• การปฏิสัมพันธ์ที่เพิ่มขึ้นกับอินเตอร์เฟซการหลบหนี

• การลดเวลาที่โฟตันอยู่ภายในเครื่อง

จากทางสถิตินี้ช่วยเพิ่มความน่าจะเป็นของการสกัดฟอตอน ก่อนที่การซึมซึมจะเกิดขึ้น

4.3 การจัดอันดับอัตราการหักที่มีประสิทธิภาพ

จากมุมมองการจําลองทางออปติก PSS ปฏิบัติตัวเป็นชั้นเปลี่ยนอัตราหักที่มีประสิทธิภาพ แทนการเปลี่ยนแปลงจาก GaN เป็นอากาศภูมิภาคที่มีรูปแบบ สร้างอัตราการเปลี่ยนแปลงอัตราการหัก, ลดการสูญเสียการสะท้อนของเฟรนเนล

อุปกรณ์นี้มีแนวคิดคล้ายกับเคลือบกันการสะท้อน แต่ทํางานผ่านออตติกส์ทางชีวภาพ แทนการขัดแย้งจากแผ่นบาง

4.4 การลดอัตราการสูญเสียการดูดซึมแสงโดยตรง

โดยการลดความยาวเส้นทางของโฟตันและลดการสะท้อนซ้ํา PSS ลดความน่าจะเป็นของการดูดซึมโดย:

• เครื่องติดต่อโลหะ

• สถานการณ์ความบกพร่อง

• การดูดซึมตัวบรรทุกอิสระใน GaN

ส่งผลให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น และพฤติกรรมทางความร้อนดีขึ้น

5ประโยชน์เพิ่มเติม: การปรับปรุงคุณภาพคริสตัล

นอกเหนือจากออปติกส์แล้ว PSS ยังช่วยปรับปรุงคุณภาพของอาการ Epitaxial ผ่านกลไกการเติบโตเกินทางด้านของอาการ Epitaxial (LEO):

• การผันออกที่เกิดจากอินเตอร์เฟซ sapphire GaN จะถูกนําไปเปลี่ยนทางหรือสิ้นสุด

• ความหนาแน่นของการถอดถอดเส้นลดลง

• คุณภาพของวัสดุที่ดีขึ้นเพิ่มความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของเครื่อง

ประโยชน์สองประการนี้ ภาพและโครงสร้าง แตกต่าง PSS จากการรักษาพื้นผิว optical เพียงเท่านั้น

6. การเปรียบเทียบปริมาณ: PSS vs แพลต ซาฟฟายร์ สับสราท

ผลการผลิตจริงขึ้นอยู่กับรูปแบบกณิตศาสตร์ ความยาวคลื่น การออกแบบชิป และการบรรจุ

7การทุ่มเทและการพิจารณาด้านวิศวกรรม

แม้ว่าจะมีข้อดี ๆ แต่ PSS ก็มีปัญหาทางปฏิบัติ:

• ขั้นตอนการฉลากและฉลากเพิ่มเติมเพิ่มต้นทุน

• ความเหมือนกันของรูปแบบและความลึกของการขีดต้องถูกควบคุมอย่างเข้มงวด

• การออกแบบรูปแบบที่ไม่สมควร อาจส่งผลกระทบต่อความเป็นเดียวกันของกระดูก

ดังนั้น การปรับปรุง PSS เป็นภารกิจที่หลากหลายสาขาที่เกี่ยวข้องกับการจําลองออปติกัล การเติบโตของเอปิตาซิยาล และวิศวกรรมอุปกรณ์

8มุมมองของอุตสาหกรรมและมุมมองอนาคต

ในปัจจุบัน PSS ไม่ถือว่าเป็นการปรับปรุงทางเลือกอีกต่อไป ในการใช้งาน LED ที่มีพลังงานกลางและสูงและการฉายแสงหลังจอ.

มองไปข้างหน้า:

• การออกแบบ PSS ที่ทันสมัยถูกสํารวจสําหรับ Mini LED และ Micro LED

• แนวทางไฮบริดที่รวม PSS กับคริสตัลโฟตอนิกส์หรือการสร้างเนื้อเยื่อนาโนกําลังถูกวิจัย

• การลดต้นทุนและการปรับขนาดรูปแบบยังคงเป็นเป้าหมายสําคัญของอุตสาหกรรม

สรุป

สับสราตสีสีสีเสพฟีร์ที่มีรูปแบบ เป็นการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานจากวัสดุรองรับแบบเป้าหมายไปยังส่วนประกอบทางออทคติกและโครงสร้างที่ใช้ได้ในอุปกรณ์ LEDโดยการแก้ไขความสูญเสียการสกัดแสงที่รากของพวกมัน, ความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้น และความคงที่ในการทํางานที่ดีกว่า

ในทางตรงกันข้าม สับสราตสีสีสีชาเฟียร์ที่ราบ แม้จะสามารถผลิตและประหยัด แต่มีความจํากัดในความสามารถในการสนับสนุน LED ประสิทธิภาพสูงรุ่นต่อไปขณะที่เทคโนโลยี LED พัฒนาต่อ, PSS ยืนเป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของวิธีการวิศวกรรมวัสดุแปลโดยตรงไปยังการเพิ่มประสิทธิภาพระดับระบบ