Nínú àwọn diodes tí ń tú ìmọ́lẹ̀ jáde (LEDs) tí ó wà lórí GaN, ìlọsíwájú tí ń bá a lọ nínú àwọn ọ̀nà ìdàgbàsókè epitaxial àti ètò ẹ̀rọ ti mú kí ìṣesí quantum inner (IQE) sún mọ́ ibi tí ó pọ̀ jùlọ nínú ìmọ̀ ẹ̀rọ rẹ̀. Láìka àwọn ìlọsíwájú wọ̀nyí sí, iṣẹ́ ìmọ́lẹ̀ gbogbogbòò ti àwọn LED ṣì ní ààlà ní pàtàkì nípa ìṣesíyọ ìmọ́lẹ̀ (LEE). Bí sapphire ṣe ń bá a lọ láti jẹ́ ohun èlò substrate pàtàkì fún GaN epitaxy, ìrísí ojú rẹ̀ ń kó ipa pàtàkì nínú ìṣàkóso àwọn àdánù ojú inú ẹ̀rọ náà.

Àpilẹ̀kọ yìí gbé àfiwé pípé kalẹ̀ láàrín àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ safire títẹ́jú àti àwọn ohun èlò tí a fi àwòrán ṣeàwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ safire (PSS)Ó ṣàlàyé àwọn ọ̀nà ìrísí opitika àti crystallographic tí PSS fi ń mú kí ìyọkúrò ìmọ́lẹ̀ sunwọ̀n síi, ó sì ṣàlàyé ìdí tí PSS fi di ìlànà de facto nínú iṣẹ́ ṣíṣe LED tó ga jùlọ.

1. Lilo Iyọkuro Ina gẹgẹbi Ikoko Pataki

A pinnu ṣiṣe kuatomu ita (EQE) ti LED nipasẹ ọja awọn ifosiwewe akọkọ meji:

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

EQE=IQE×LEE

Bó tilẹ̀ jẹ́ pé IQE ń ṣe àyẹ̀wò bí ìdàpọ̀ ìtànṣán ṣe ń ṣiṣẹ́ láàárín agbègbè tó ń ṣiṣẹ́, LEE ṣàlàyé ìpín àwọn fọ́tòn tó ń jáde tí wọ́n sì yọ kúrò nínú ẹ̀rọ náà dáadáa.

Fún àwọn LED tí a gbìn lórí àwọn ohun èlò ìṣàpẹẹrẹ sapphire, LEE nínú àwọn àwòrán ìbílẹ̀ sábà máa ń jẹ́ ìwọ̀n 30–40%. Ìdíwọ̀n yìí máa ń wáyé ní pàtàkì láti inú:

• Àìbáramu atọka refractive líle láàárín GaN (n ≈ 2.4), safire (n ≈ 1.7), àti afẹ́fẹ́ (n ≈ 1.0)

• Àtúnṣe inú gbogbo tó lágbára (TIR) ​​ní àwọn ìsopọ̀ planar

• Ìdẹkùn fọ́tòn láàrín àwọn fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ epitaxial àti substrate náà

Nítorí náà, apá pàtàkì kan lára ​​àwọn fọ́tònì tí a ṣẹ̀dá máa ń ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ àtúnṣe inú, tí ohun èlò náà sì máa ń gbà wọ́n tàbí kí wọ́n yípadà sí ooru dípò kí wọ́n máa mú kí ìmọ́lẹ̀ tó wúlò jáde wá.

2. Àwọn Sàpíìsì Pẹ̀lẹ́pẹ̀lẹ́: Ìrọ̀rùn ìṣètò pẹ̀lú àwọn ìdíwọ́ ojú

2.1 Àwọn Ànímọ́ Ìṣètò

Àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ sapphire tí ó tẹ́jú sábà máa ń lo ìtọ́sọ́nà c-plane (0001) pẹ̀lú ojú ilẹ̀ tí ó mọ́lẹ̀, tí ó sì ní ìpele. Wọ́n ti gba wọ́n ní gbogbogbòò nítorí:

• Didara kirisita giga

• Iduroṣinṣin gbona ati kemikali to dara julọ

• Awọn ilana iṣelọpọ ti o dagba ati ti o munadoko-owo

2.2 Ìhùwàsí ojú

Láti ojú ìwòye optical, àwọn ìsopọ̀ planar máa ń yọrí sí àwọn ipa ọ̀nà ìdàgbàsókè photon tó ga jùlọ àti èyí tí a lè sọtẹ́lẹ̀. Nígbà tí àwọn photon tí a ṣẹ̀dá ní agbègbè GaN active dé ìsopọ̀ GaN–air tàbí GaN–sapphire ní àwọn igun ìṣẹ̀lẹ̀ tí ó ju igun pàtàkì lọ, àtúnṣe inú gbogbo rẹ̀ máa ń wáyé.

Èyí yóò yọrí sí:

• Ìdènà photon tó lágbára nínú ẹ̀rọ náà

• Alekun gbigba nipasẹ awọn elekitirodu irin ati awọn ipo abawọn

• Pínpín igun ti a lopin ti imọlẹ ti a tu jade

Ní pàtàkì, àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ sapphire tí ó tẹ́jú kò ní ìrànlọ́wọ́ púpọ̀ láti borí ìdènà ojú.

3. Àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ Sapphire tí a fi àwòrán ṣe: Ìrònú àti Àwòrán Ìṣètò

A máa ń ṣẹ̀dá ohun èlò ìpìlẹ̀ sapphire (PSS) nípa fífi àwọn ohun èlò micro- tàbí nanoscale onípele tàbí onípele sí orí ilẹ̀ sapphire nípa lílo photolithography àti àwọn ọ̀nà ìkọ́.

Awọn iwọn-aye PSS ti o wọpọ pẹlu:

• Àwọn ìrísí kọ́nẹ́ẹ̀tì

• Àwọn òrùlé onígun mẹ́rin

• Àwọn ànímọ́ Pyramidal

• Àwọn ìrísí konì onígun mẹ́ta tàbí onígun mẹ́rin

Àwọn ìwọ̀n ohun èlò tí a sábà máa ń lò máa ń wà láti sub-micrometer sí ọ̀pọ̀lọpọ̀ micrometer, pẹ̀lú gíga tí a ṣàkóso dáadáa, ìpele, àti bí a ṣe ń ṣiṣẹ́.

4. Àwọn ọ̀nà ìdàgbàsókè ìyọkúrò ìmọ́lẹ̀ nínú PSS

4.1 Dídínà Àròjinlẹ̀ Inú Gbogbo

Àwòrán onípele mẹ́ta ti PSS ń yí àwọn igun agbègbè ti ìṣẹ̀lẹ̀ ní àwọn ojú ọ̀nà ohun èlò padà. Àwọn fọ́tònù tí ìbá jẹ́ pé bí bẹ́ẹ̀ kọ́, a máa ń darí wọn sí àwọn igun láàárín kọ́nù ìsálà, èyí sì máa ń mú kí ó ṣeéṣe kí wọ́n jáde kúrò nínú ẹ̀rọ náà.

4.2 Ìfọ́nká ojú àti Ìyípadà Ọ̀nà Tí A Mú Dáradára

Àwọn ètò PSS ṣe àgbékalẹ̀ ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìṣẹ̀lẹ̀ ìfàmọ́ra àti ìṣàfihàn, èyí tí ó yọrí sí:

• Ṣíṣe àyípadà àwọn ìtọ́sọ́nà ìtànkálẹ̀ photon láìròtẹ́lẹ̀

• Ìbáṣepọ̀ tó pọ̀ sí i pẹ̀lú àwọn ìsopọ̀ ìfàmọ́ra ìmọ́lẹ̀

• Àkókò gbígbé photon díẹ̀ nínú ẹ̀rọ náà

Ní ti ìṣirò, àwọn ipa wọ̀nyí mú kí ó ṣeéṣe kí a yọ photon kúrò kí a tó fa omi.

4.3 Ìwọ̀n Àtọ́ka Ìyípadà Tó Munádóko

Láti ojú ìwòye àwòrán optical, PSS ń ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí ìpele ìyípadà àtọ́ka refractive tó munadoko. Dípò ìyípadà àtọ́ka refractive lójijì láti GaN sí afẹ́fẹ́, agbègbè tí a ṣe àwòrán náà ń pese ìyàtọ̀ àtọ́ka refractive díẹ̀díẹ̀, èyí sì ń dín àdánù àtọ́ka Fresnel kù.

Ọ̀nà yìí jọra pẹ̀lú àwọn ìbòrí tí ó lòdì sí ìṣàn, bó tilẹ̀ jẹ́ pé ó gbára lé àwọn opitiki onígun mẹ́ta dípò ìdènà fíìmù tín-tín.

4.4 Idinku taara ti Awọn adanu gbigba oju

Nípa kíkúrú gígùn ipa ọ̀nà fọ́tòn àti dídí àwọn àtúnṣe inú tí a ń ṣe leralera, PSS dín ìṣeeṣe ìfàmọ́ra opitika kù nípa:

• Awọn olubasọrọ irin

• Àwọn ipò àbùkù kristali

• Gbigba agbara ti o ni ọfẹ ni GaN

Àwọn ipa wọ̀nyí ń ṣe alabapin sí iṣẹ́ ṣiṣe tó ga jùlọ àti iṣẹ́ ooru tó dára síi.

5. Àwọn Àǹfààní Míràn: Ìdàgbàsókè nínú Dídára Kírísítà

Yàtọ̀ sí àfikún opitika, PSS tún mú kí dídára ohun èlò epitaxial sunwọ̀n síi nípasẹ̀ àwọn ètò ìdàgbàsókè epitaxial lateral (LEO):

• A máa darí tàbí dáwọ́ dúró sí àwọn ìyọkúrò tí ó bẹ̀rẹ̀ láti inú ìsopọ̀ sapphire-GaN

• Ìwọ̀n ìyípadà ìfàsẹ́yìn ti dínkù gidigidi

• Dídára kirisita tí a mú sunwọ̀n síi mú kí ẹ̀rọ náà ṣeé gbẹ́kẹ̀lé àti ìgbésí ayé iṣẹ́ rẹ̀ sunwọ̀n síi

Àǹfààní opitika àti ìṣètò méjì yìí ya PSS sọ́tọ̀ kúrò lára ​​àwọn ọ̀nà ìkọ̀wé ojú-ìwòrán lásán.

6. Àfiwé Oníṣirò: Sapphire Flat vs. PSS

Àwọn àṣeyọrí ìṣe gidi da lórí ìrísí àpẹẹrẹ, ìgbì ìtújáde, ìṣètò ërún, àti ètò ìdìpọ̀.

7. Àtúnṣe àti Àwọn Ohun Tí Ó Yẹ Kí A Fi Kọ́ni Nípa Ìmọ̀-ẹ̀rọ

Pelu awọn anfani rẹ, PSS ṣafihan ọpọlọpọ awọn italaya to wulo:

• Àwọn ìgbésẹ̀ ìkọ̀wé àti ìtẹ̀síwájú ìtẹ̀síwájú mú iye owó iṣẹ́ pọ̀ sí i

• Iṣọkan ilana ati ijinle etch nilo iṣakoso ti o peye

• Àwọn àpẹẹrẹ tí a kò ṣe àtúnṣe dáadáa lè ní ipa búburú lórí ìṣọ̀kan epitaxial

Nítorí náà, ìṣàtúnṣe PSS jẹ́ iṣẹ́-ṣíṣe onímọ̀-ẹ̀rọ-ọ̀pọ̀-ẹ̀rọ tó ní í ṣe pẹ̀lú ìṣàfihàn ojú, ìmọ̀-ẹ̀rọ ìdàgbàsókè epitaxial, àti ṣíṣe àgbékalẹ̀ ẹ̀rọ.

8. Ìwòye Ilé-iṣẹ́ àti Ìwòye Ọjọ́ Ọ̀la

Nínú iṣẹ́ ẹ̀rọ LED òde òní, a kò kà PSS sí àfikún àṣàyàn mọ́. Nínú àwọn ohun èlò LED alábọ́dé àti alágbára gíga—pẹ̀lú ìmọ́lẹ̀ gbogbogbòò, ìmọ́lẹ̀ ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́, àti ìmọ́lẹ̀ ẹ̀yìn—ó ti di ìmọ̀-ẹ̀rọ ìpìlẹ̀.

Awọn ilọsiwaju iwadii ati idagbasoke ọjọ iwaju pẹlu:

• Awọn apẹrẹ PSS ti ilọsiwaju ti a ṣe apẹrẹ fun awọn ohun elo Mini-LED ati Micro-LED

• Àwọn ọ̀nà àdàpọ̀ tí ó ń so PSS pọ̀ mọ́ àwọn kirisita photonic tàbí ìrísí ojú ilẹ̀ nanoscale

• Awọn igbiyanju ti nlọ lọwọ si idinku idiyele ati awọn imọ-ẹrọ apẹrẹ ti o pọ si

Ìparí

Àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ sapphire tí a fi àwòrán ṣe dúró fún ìyípadà pàtàkì láti àwọn ìtìlẹ́yìn ẹ̀rọ aláìṣiṣẹ́ sí àwọn ohun èlò ìṣiṣẹ́ àti ìṣètò nínú àwọn ẹ̀rọ LED. Nípa ṣíṣe àtúnṣe sí àwọn àdánù ìyọkúrò ìmọ́lẹ̀ ní gbòǹgbò wọn—èyí ni ìdènà opitika àti ìṣàfihàn ojú—PSS ń jẹ́ kí iṣẹ́ rẹ̀ sunwọ̀n sí i, ó ń mú kí ó ṣeé ṣe, ó sì ń mú kí ó ṣeé ṣe, ó sì ń ṣiṣẹ́ dáadáa sí i.

Ní ìyàtọ̀ sí èyí, bó tilẹ̀ jẹ́ pé àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ sapphire tí ó tẹ́jú ṣì ń fani mọ́ra nítorí pé wọ́n lè ṣe é àti pé wọ́n dín owó rẹ̀ kù, àwọn ìdíwọ́ ojú tí ó wà nínú wọn dín agbára wọn kù fún àwọn LED tí ó ń ṣiṣẹ́ dáadáa fún ìran tuntun. Bí ìmọ̀ ẹ̀rọ LED ṣe ń tẹ̀síwájú láti yípadà, PSS dúró gẹ́gẹ́ bí àpẹẹrẹ tí ó ṣe kedere nípa bí ìmọ̀ ẹ̀rọ ohun èlò ṣe lè túmọ̀ sí èrè iṣẹ́-ṣíṣe ní ìpele ètò.