I totonu o GaN-based light-emitting diodes (LEDs), o le alualu i luma faifai pea i metotia o le tuputupu aʻe o le epitaxial ma le fausaga o masini ua tuleia ai le internal quantum efficiency (IQE) e latalata atili i lona maualuga faʻateorē. E ui i nei alualu i luma, o le faʻatinoga lautele o le malamalama o LED e tumau pea ona faʻatapulaʻaina e le light extraction efficiency (LEE). A o faʻaauau pea ona avea le safaira ma mea autu mo le GaN epitaxy, o lona foliga o luga e iai sona sao taua i le puleaina o gau o le opitika i totonu o le masini.

O lenei tusiga o loʻo tuʻuina atu ai se faʻatusatusaga atoatoa i le va o mea faʻapipiʻi safaira mafolafola ma mamanumea fa'apipi'i safaira (PSS). O loʻo faʻamalamalamaina ai faiga faʻapitoa ma faʻakristalografi e faʻaleleia atili ai e le PSS le lelei o le aveeseina o le malamalama ma faʻamatalaina ai le mafuaʻaga ua avea ai le PSS ma tulaga faʻatonuina i le gaosiga o le LED maualuga le faʻatinoga.

1. Lelei o le Aveeseina o le Malamalama o se Fa'alavelave Taua

O le external quantum efficiency (EQE) o se LED e fuafuaina e le oloa o mea taua e lua:

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

EQE=IQE×LEE

E ui o le IQE e fuaina le lelei o le toe faʻafouina o le radiation i totonu o le vaega galue, ae o le LEE e faʻamatalaina le vaega o photons na gaosia e sola ese mai le masini.

Mo LED fa'avae-GaN e ola a'e i luga o mea safaira, o le LEE i mamanu masani e masani ona fa'atapula'aina i le tusa ma le 30–40%. O lenei fa'atapula'aina e mafua mai i:

• O le lē fetaui lelei tele o le fa'asinomaga o le malamalama i le va o le GaN (n ≈ 2.4), safaira (n ≈ 1.7), ma le ea (n ≈ 1.0)

• Ata malosi atoa i totonu (TIR) ​​i feso'ota'iga fa'ata'atia

• Mailei o le photon i totonu o vaega epitaxial ma le substrate

O le mea lea, o se vaega tele o photons ua gaosia e ui i ai le tele o ata i totonu ma iu ai ina mitiia e le meafaitino pe liua i le vevela nai lo le saofagā i le gaosiga aoga o le malamalama.

2. Matā'upu Fa'apipi'i Safaira Mafolafola: Faigofie Fa'atulagaina ma Fa'atapula'aga Va'aia

2.1 Uiga Fa'atulagaina

O mea e fai i le safaira mafolafola e masani ona faʻaaogaina se faʻatulagaga c-plane (0001) ma se foliga lamolemole ma mafolafola. Ua faʻaaogaina lautele ona o:

• Tulaga maualuga o le tioata

• Tulaga mautu lelei i le vevela ma vailaʻau

• Faiga gaosiga ua matua ma taugofie

2.2 Amioga Va'ai

Mai se vaaiga fa'a-opitika, o feso'ota'iga fa'ata'atia e tau atu i ni auala fa'asalalauina o le photon e matua'i fa'atonuina ma mafai ona vavaloina. A o'o atu photons e gaosia i le vaega galue o le GaN i le feso'ota'iga o le GaN–ea po'o le GaN–sapphire i tulimanu fa'alavelave e sili atu i le tulimanu taua, e tupu ai le atagia atoa i totonu.

O le iʻuga lea:

• Malosi le taofia o le photon i totonu o le masini

• Fa'ateleina le mitiia e eletise u'amea ma tulaga fa'aletonu

• O se tufatufaga fa'atapula'aina o le malamalama ua fa'asalalauina

O le mea moni, e itiiti se fesoasoani e maua mai i mea e fai i le safaira mafolafola i le faatoilalo o le faatapulaaina o vaaiga.

3. Fa'ata'ita'iga o le Safaira Substrates: Manatu ma le Fuafuaga Fa'atulagaina

O se mamanu safaira substrate (PSS) e fausia e ala i le faʻalauiloaina o fausaga faʻasolosolo poʻo quasi-periodic micro- poʻo nanoscale i luga o le fogāeleele safaira e faʻaaoga ai metotia photolithography ma etching.

O fausaga masani a le PSS e aofia ai:

• Fausaga fa'akomepiuta

• O dome fa'ata'amilomilo

• Fa'ailoga fa'apiramita

• Foliga fa'ata'amilomilo po'o foliga fa'apu'upu'u-konu

O fua masani o foliga e amata mai i le sub-micrometer i le tele o micrometer, faatasi ai ma le maualuga e pulea ma le faaeteete, pitch, ma le taamilosaga o le tiute.

4. Faiga o le Fa'aleleia o le Fa'aosoina o le Malamalama i le PSS

4.1 Taofiofia o le Mafaufauga Atoa i Totonu

O le foliga tolu-vaega o le PSS e suia ai tulimanu fa'alotoifale o le osofa'iga i feso'ota'iga o meafaitino. O Photons ia semanu e o'o i le atagia atoa i totonu i se tuaoi mafolafola e toe fa'asinoina i tulimanu i totonu o le cone e sola ese ai, ma fa'ateleina ai lo latou avanoa e alu ese ai mai le masini.

4.2 Fa'aleleia atili o le Fa'asalalauina o Ata ma le Fa'atulagaina o Ala

O fausaga PSS e faʻaalia ai le tele o mea tutupu o le refraction ma le reflection, e mafua ai:

• Fa'atulagaina fa'afuase'i o fa'atonuga o le fa'asalalauina o le photon

• Fa'ateleina fegalegaleaiga ma feso'ota'iga e aveese ai le malamalama

• Fa'aitiitia le taimi e nofo ai le photon i totonu o le masini

I fuainumera, o nei aafiaga e faʻaleleia atili ai le avanoa e maua ai le photon aʻo leʻi tupu le mitiia.

4.3 Fa'avasegaina Lelei o le Fa'asinomaga o le Refractive

Mai se vaaiga fa'ata'ita'i opitika, o le PSS e galue o se vaega lelei o le fesuia'iga o le refractive index. Nai lo le suia fa'afuase'i o le refractive index mai le GaN i le ea, o le vaega fa'ata'ita'i e maua ai se suiga malie o le refractive index, ma fa'aitiitia ai le leiloa o le ata o Fresnel.

O lenei faiga e tutusa lelei ma ufiufi e tete'e i le atagia, e ui lava e fa'alagolago i mea fa'apitoa fa'ata'ita'i nai lo le fa'alavelaveina o ata manifinifi.

4.4 Fa'aitiitia Lē Tu'usa'o o Mea e Leiloa e Fa'a'ofu ai le Va'aiga o le Optical Absorption

I le faapuupuuina o le umi o le ala o le photon ma le taofia o le toe faia o ata i totonu, e faaitiitia ai e le PSS le avanoa o le mitiia opitika e ala i le:

• Feso'ota'iga u'amea

• Tulaga o le faaletonu o le tioata

• Fa'a'a'a'a o le avefe'au saoloto i le GaN

O nei aafiaga e fesoasoani i le maualuga o le lelei ma le faʻaleleia atili o le faʻatinoga o le vevela.

5. Fa'amanuiaga Fa'aopoopo: Fa'aleleia atili o le Tulaga Lelei o le Ma'a Tioata

E le gata i le fa'aleleia atili o le va'aiga, e fa'aleleia fo'i e le PSS le lelei o meafaitino epitaxial e ala i auala fa'atuputupu a'e o le epitaxial (LEO):

• O fa'aletonu e afua mai i le sapphire-GaN interface e toe fa'asinoina pe fa'amutaina

• Ua matuā fa'aitiitia le mamafa o le fa'asolosolo o le filo

• O le fa'aleleia atili o le tulaga lelei o le tioata e fa'aleleia atili ai le fa'atuatuaina o le masini ma le umi o le fa'agaoioiga

O lenei fa'amanuiaga fa'alua i le va'aiga opitika ma le fa'atulagaga e ese ai le PSS mai auala e fa'apipi'i ai foliga vaaia.

6. Fa'atusatusaga Fa'atatau: Safaira Mafolafola vs. PSS

O le fa'aleleia atili o le fa'atinoga e fa'alagolago i le fausaga o le mamanu, le umi o le fa'asalalauga, le fausaga o le chip, ma le fuafuaga o le afifiina.

7. Fefa'ataua'iga ma Mafaufauga Fa'ainisinia

E ui i ona lelei, ae o loʻo faʻaalia mai e le PSS ni luʻitau faʻatino:

• O la'asaga fa'aopoopo o le lithography ma le etching e fa'ateleina ai le tau o le gaosiga

• O le tutusa o mamanu ma le loloto o le eliina e manaʻomia ai le pulea saʻo

• O mamanu e le lelei ona fa'aleleia e ono a'afia ai le tutusa o le epitaxial

O le mea lea, o le faʻaleleia atili o le PSS o se galuega e tele vaega e aofia ai le faʻataʻitaʻiga opitika, inisinia o le tuputupu aʻe o le epitaxial, ma le mamanuina o masini.

8. Va'aiga i le Alamanuia ma le Lumana'i

I le gaosiga o le LED i aso nei, ua lē toe manatu le PSS o se faʻaleleia atili e filifili pe faʻapefea. I faʻaoga LED e feololo ma maualuga le malosi—e aofia ai le faʻamalamalamaina lautele, moli o taʻavale, ma le faʻamalamalamaina o le faʻaaliga—ua avea ma tekinolosi faʻavae.

O aga masani i suʻesuʻega ma atinaʻe i le lumanaʻi e aofia ai:

• O mamanu PSS fa'apitoa ua mamanuina mo fa'aoga Mini-LED ma Micro-LED

• O auala fa'afefiloi e tu'ufa'atasia ai le PSS ma tioata photonic po'o le nanoscale surface texturing

• Taumafaiga faifai pea agai i le faʻaitiitia o tau ma tekinolosi faʻatulagaina o mamanu

Faaiuga

O mea fa'apipi'i safaira ua mamanuina e fai ma sui o se suiga taua mai lagolago fa'amekanika e le gaoioi i vaega opitika ma fausaga fa'atino i masini LED. I le fa'aleleia o mea ua leiloa mai le malamalama i lo latou a'a—o lona uiga o le fa'atapula'aina opitika ma le atagia mai o le feso'ota'iga—e mafai ai e le PSS ona fa'aleleia atili le lelei, fa'aleleia atili le fa'atuatuaina, ma fa'atino lelei atili ai le masini.

I se faatusatusaga, e ui o loo matagofie pea mea e fai i le safaira mafolafola ona o lo latou faigofie ona gaosia ma le tau maualalo, ae o latou tapulaa vaaia e faatapulaaina ai lo latou talafeagai mo le isi tupulaga o le LED e maualuga le lelei. A o faaauau pea ona alualu i luma le tekinolosi LED, o le PSS o se faataitaiga manino lea o le auala e mafai ai e le inisinia o meafaitino ona faaliliuina sa'o i le faaleleia atili o le faatinoga i le tulaga o le polokalama.