GaN-based light-emitting diode (LEDs) များတွင် epitaxial growth နည်းပညာများနှင့် device architecture တို့တွင် စဉ်ဆက်မပြတ်တိုးတက်မှုသည် internal quantum efficiency (IQE) ကို ၎င်း၏သီအိုရီအမြင့်ဆုံးနှင့် ပိုမိုနီးကပ်လာစေရန် မောင်းနှင်ပေးခဲ့သည်။ ဤတိုးတက်မှုများရှိသော်လည်း LED များ၏ ಒಟ್ಟಾರೆ luminous performance သည် light extraction efficiency (LEE) ကြောင့် အခြေခံအားဖြင့် အကန့်အသတ်ရှိနေဆဲဖြစ်သည်။ နီလာသည် GaN epitaxy အတွက် အဓိက substrate ပစ္စည်းအဖြစ် ဆက်လက်တည်ရှိနေသောကြောင့် ၎င်း၏ မျက်နှာပြင် morphology သည် device အတွင်း optical losses များကို ထိန်းချုပ်ရာတွင် အဆုံးအဖြတ်ပေးသော အခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်သည်။

ဤဆောင်းပါးသည် ပြားချပ်ချပ် နီလာအလွှာများနှင့် ပုံစံတူများအကြား ပြည့်စုံသော နှိုင်းယှဉ်ချက်ကို တင်ပြထားပါသည်။နီလာအောက်ခံများ (PSS)၎င်းသည် PSS သည် အလင်းထုတ်ယူမှုစွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ပေးသည့် optical နှင့် crystallographic ယန္တရားများကို ရှင်းလင်းစွာဖော်ပြထားပြီး PSS သည် မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည် LED ထုတ်လုပ်မှုတွင် အဘယ်ကြောင့် de facto standard တစ်ခုဖြစ်လာရသည်ကို ရှင်းပြသည်။

၁။ အခြေခံအကျဆုံး အတားအဆီးတစ်ခုအဖြစ် အလင်းထုတ်ယူမှု ထိရောက်မှု

LED တစ်လုံး၏ ပြင်ပ ကွမ်တမ် စွမ်းဆောင်ရည် (EQE) ကို အဓိကအချက်နှစ်ချက်၏ မြှောက်လဒ်ဖြင့် ဆုံးဖြတ်သည်-

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

EQE=IQE × LEE

IQE သည် တက်ကြွသောဧရိယာအတွင်းရှိ ရောင်ခြည်ပေါင်းစပ်မှု၏ ထိရောက်မှုကို တိုင်းတာသော်လည်း၊ LEE သည် ကိရိယာမှ အောင်မြင်စွာလွတ်မြောက်သော ထုတ်လုပ်ထားသော ဖိုတွန်များ၏ အစိတ်အပိုင်းကို ဖော်ပြသည်။

sapphire အောက်ခံပေါ်တွင် စိုက်ပျိုးထားသော GaN-based LED များအတွက်၊ ရိုးရာဒီဇိုင်းများတွင် LEE သည် ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 30–40% တွင် ကန့်သတ်ထားသည်။ ဤကန့်သတ်ချက်သည် အဓိကအားဖြင့် အောက်ပါတို့ကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသည်-

• GaN (n ≈ 2.4)၊ နီလာ (n ≈ 1.7) နှင့် လေ (n ≈ 1.0) အကြား ပြင်းထန်သော အလင်းယိုင်ညွှန်းကိန်း မကိုက်ညီမှု

• planar interfaces များတွင် အားကောင်းသော total internal reflection (TIR)

• epitaxial အလွှာများနှင့် substrate အတွင်း photon ထောင်ချောက်ဆင်ခြင်း

ထို့ကြောင့် ထုတ်လုပ်လိုက်သော ဖိုတွန်များ၏ များပြားသော အစိတ်အပိုင်းသည် အတွင်းပိုင်း ရောင်ပြန်ဟပ်မှုများစွာကို ကြုံတွေ့ရပြီး နောက်ဆုံးတွင် ပစ္စည်းမှ စုပ်ယူခံရခြင်း သို့မဟုတ် အသုံးဝင်သော အလင်းထွက်ရှိမှုကို ပံ့ပိုးပေးမည့်အစား အပူအဖြစ် ပြောင်းလဲခံရပါသည်။

၂။ ပြားချပ်ချပ် နီလာအလွှာများ- အလင်းဆိုင်ရာ ကန့်သတ်ချက်များနှင့်အတူ ဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံ ရိုးရှင်းမှု

၂.၁ ဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာ ဝိသေသလက္ခဏာများ

ပြားချပ်ချပ် နီလာအောက်ခံများသည် ချောမွေ့ပြီး ပြားချပ်သော မျက်နှာပြင်ရှိသော c-plane (0001) ዘዴကို အသုံးပြုလေ့ရှိသည်။ ၎င်းတို့ကို ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် လက်ခံကျင့်သုံးခဲ့ကြသည်-

• မြင့်မားသော ပုံဆောင်ခဲ အရည်အသွေး

• အလွန်ကောင်းမွန်သော အပူနှင့် ဓာတုဗေဒဆိုင်ရာ တည်ငြိမ်မှု

• ရင့်ကျက်ပြီး ကုန်ကျစရိတ်သက်သာသော ထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်များ

၂.၂ အလင်းဆိုင်ရာအပြုအမူ

အလင်းတန်းအရကြည့်လျှင် planar interfaces များသည် ဦးတည်ချက်မြင့်မားပြီး ခန့်မှန်းနိုင်သော photon propagation paths များဆီသို့ ဦးတည်စေသည်။ GaN active region တွင် ထုတ်လုပ်ထားသော photons များသည် critical angle ထက်ကျော်လွန်သော incident angle များတွင် GaN–air သို့မဟုတ် GaN–sapphire interface သို့ရောက်ရှိသောအခါ total internal reflection ဖြစ်ပေါ်သည်။

၎င်းက အောက်ပါတို့ကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်-

• ကိရိယာအတွင်းရှိ ဖိုတွန်ကန့်သတ်ချက် ပြင်းထန်ခြင်း

• သတ္တုလျှပ်ကူးပစ္စည်းများမှ စုပ်ယူမှုနှင့် ချို့ယွင်းချက်အခြေအနေများ တိုးလာခြင်း

• ထုတ်လွှတ်သောအလင်း၏ ကန့်သတ်ထားသောထောင့်ဖြန့်ဖြူးမှု

အနှစ်ချုပ်အားဖြင့်၊ ပြားချပ်ချပ် နီလာအလွှာများသည် အမြင်အာရုံ ကန့်သတ်ချက်ကို ကျော်လွှားရာတွင် အထောက်အကူ အနည်းငယ်သာ ပေးပါသည်။

၃။ ပုံစံရှိသော နီလာအလွှာများ- သဘောတရားနှင့် ဖွဲ့စည်းပုံဒီဇိုင်း

ဖိုတိုလစ်သိုဂရပ်ဖီနှင့် ထွင်းထုနည်းပညာများကို အသုံးပြု၍ နီလာမျက်နှာပြင်ပေါ်သို့ အချိန်အပိုင်းအခြားအလိုက် သို့မဟုတ် အချိန်အပိုင်းအခြားအလိုက် အဏုကြည့်မှန်ပြောင်းဖြင့် မိုက်ခရို သို့မဟုတ် နာနိုစကေးဖွဲ့စည်းပုံများကို ထည့်သွင်းခြင်းဖြင့် ပုံစံရှိသော နီလာအောက်ခံ (PSS) ကို ဖွဲ့စည်းထားသည်။

အသုံးများသော PSS ဂျီသြမေတြီများတွင် အောက်ပါတို့ ပါဝင်သည်-

• ကွန်ပုံသဏ္ဍာန်ဖွဲ့စည်းပုံများ

• တစ်ဝက်စီဝိုင်းသော ခုံးများ

• ပိရမစ်ပုံစံ အင်္ဂါရပ်များ

• ဆလင်ဒါပုံ သို့မဟုတ် တိုတောင်းသော ခွက်ပုံသဏ္ဍာန်များ

ပုံမှန်အင်္ဂါရပ်အတိုင်းအတာများသည် ဆပ်မိုက်ခရိုမီတာမှ မိုက်ခရိုမီတာအတော်များများအထိ ရှိပြီး ဂရုတစိုက်ထိန်းချုပ်ထားသော အမြင့်၊ ထောင့်နှင့် တာဝန်စက်ဝန်းတို့ ရှိသည်။

၄။ PSS တွင် အလင်းထုတ်ယူမှု မြှင့်တင်ခြင်း၏ ယန္တရားများ

၄.၁ အတွင်းပိုင်း ရောင်ပြန်ဟပ်မှုကို နှိမ်နင်းခြင်း

PSS ၏ သုံးဖက်မြင် မြေမျက်နှာသွင်ပြင်သည် ပစ္စည်းမျက်နှာပြင်များရှိ ဒေသတွင်းကျရောက်မှုထောင့်များကို ပြောင်းလဲစေသည်။ မဟုတ်ပါက ပြားချပ်ချပ်နယ်နိမိတ်တွင် အတွင်းပိုင်းရောင်ပြန်ဟပ်မှုစုစုပေါင်းကို ခံစားရမည့် ဖိုတွန်များကို escape cone အတွင်းရှိထောင့်များအဖြစ် ပြန်ညွှန်းပြီး ၎င်းတို့၏ device မှ ထွက်ခွာနိုင်ခြေကို သိသိသာသာ မြင့်တက်စေသည်။

၄.၂ မြှင့်တင်ထားသော Optical Scattering နှင့် Path Randomization

PSS ဖွဲ့စည်းပုံများသည် များစွာသော ယိုင်နဲ့မှုဖြစ်ရပ်များကို ဖြစ်ပေါ်စေပြီး-

• ဖိုတွန်ပျံ့နှံ့မှု ဦးတည်ရာများကို ကျပန်းပြုလုပ်ခြင်း

• အလင်းထုတ်ယူမှု မျက်နှာပြင်များနှင့် အပြန်အလှန် ဆက်သွယ်မှု တိုးလာခြင်း

• ကိရိယာအတွင်း ဖိုတွန်တည်ရှိချိန် လျော့နည်းသွားခြင်း

စာရင်းအင်းအရ ဤအကျိုးသက်ရောက်မှုများသည် စုပ်ယူမှုမဖြစ်ပေါ်မီ ဖိုတွန်ထုတ်ယူမှုဖြစ်နိုင်ခြေကို မြှင့်တင်ပေးသည်။

၄.၃ ထိရောက်သော အလင်းယိုင်ညွှန်းကိန်း အဆင့်သတ်မှတ်ချက်

အလင်းပုံစံတည်ဆောက်ခြင်းရှုထောင့်မှကြည့်လျှင် PSS သည် ထိရောက်သော refractive index transition layer အဖြစ်ဆောင်ရွက်သည်။ GaN မှ လေသို့ ရုတ်တရက် refractive index ပြောင်းလဲသွားခြင်းအစား၊ ပုံစံပြုလုပ်ထားသောဒေသသည် တဖြည်းဖြည်း refractive index ပြောင်းလဲမှုတစ်ခုကို ပေးစွမ်းပြီး Fresnel reflection loss များကို လျော့နည်းစေသည်။

ဤယန္တရားသည် အလင်းပြန်မှုဆန့်ကျင်ရေးအပေါ်ယံလွှာများနှင့် သဘောတရားအရ ဆင်တူသော်လည်း၊ ၎င်းသည် အလွှာပါးဝင်ရောက်စွက်ဖက်မှုထက် ဂျီဩမေတြီအလင်းတန်းများအပေါ်တွင် မူတည်ပါသည်။

၄.၄ အလင်းစုပ်ယူမှုဆုံးရှုံးမှုများကို သွယ်ဝိုက်လျှော့ချခြင်း

ဖိုတွန်လမ်းကြောင်းအရှည်များကို တိုစေခြင်းနှင့် ထပ်ခါတလဲလဲ အတွင်းပိုင်းရောင်ပြန်ဟပ်မှုများကို နှိမ်နင်းခြင်းဖြင့် PSS သည် အလင်းစုပ်ယူမှုဖြစ်နိုင်ခြေကို အောက်ပါအတိုင်း လျှော့ချပေးသည်-

• သတ္တုအဆက်အသွယ်များ

• ပုံဆောင်ခဲချို့ယွင်းမှု အခြေအနေများ

• GaN တွင် အခမဲ့သယ်ဆောင်သူစုပ်ယူမှု

ဤအကျိုးသက်ရောက်မှုများသည် ပိုမိုမြင့်မားသော စွမ်းဆောင်ရည်နှင့် ပိုမိုကောင်းမွန်သော အပူချိန်စွမ်းဆောင်ရည် နှစ်မျိုးလုံးကို အထောက်အကူပြုပါသည်။

၅။ နောက်ထပ်အကျိုးကျေးဇူးများ- ပုံဆောင်ခဲအရည်အသွေး တိုးတက်မှု

optical enhancement အပြင် PSS သည် lateral epitaxial overgrowth (LEO) ယန္တရားများမှတစ်ဆင့် epitaxial material quality ကို တိုးတက်ကောင်းမွန်စေသည်-

• sapphire–GaN interface မှ စတင်ဖြစ်ပေါ်လာသော dislocation များကို redirect လုပ်ခြင်း သို့မဟုတ် ရပ်တန့်ခြင်း ပြုလုပ်ပါသည်။

• ချည်မျှင်လွဲခြင်းသိပ်သည်းဆကို သိသိသာသာလျှော့ချထားသည်

• ပိုမိုကောင်းမွန်သော crystal အရည်အသွေးသည် device ၏ ယုံကြည်စိတ်ချရမှုနှင့် လည်ပတ်မှုသက်တမ်းကို မြှင့်တင်ပေးသည်

ဤ နှစ်ထပ် optical နှင့် structural အကျိုးကျေးဇူးသည် PSS ကို optical surface-texturing ချဉ်းကပ်မှုများနှင့် ခွဲခြားပေးသည်။

၆။ အရေအတွက်ဆိုင်ရာ နှိုင်းယှဉ်ချက်- Flat Sapphire နှင့် PSS

တကယ့်စွမ်းဆောင်ရည်တိုးတက်မှုများသည် ပုံစံဂျီသြမေတြီ၊ ထုတ်လွှတ်မှုလှိုင်းအလျား၊ ချစ်ပ်ဗိသုကာနှင့် ထုပ်ပိုးမှုဗျူဟာတို့ပေါ်တွင် မူတည်ပါသည်။

၇။ အပေးအယူများနှင့် အင်ဂျင်နီယာဆိုင်ရာ ထည့်သွင်းစဉ်းစားရမည့်အချက်များ

အားသာချက်များရှိသော်လည်း PSS သည် လက်တွေ့ကျသောစိန်ခေါ်မှုများစွာကို မိတ်ဆက်ပေးသည်-

• အပို လစ်သရိုဂရပ်ဖီနှင့် ထွင်းထုခြင်း အဆင့်များသည် ထုတ်လုပ်မှု ကုန်ကျစရိတ်ကို မြင့်တက်စေသည်

• ပုံစံ တစ်ပြေးညီဖြစ်မှုနှင့် ထွင်းထုအနက်သည် တိကျသော ထိန်းချုပ်မှု လိုအပ်သည်

• အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် မလုပ်ထားသော ပုံစံများသည် epitaxial တစ်ပြေးညီဖြစ်မှုကို ဆိုးကျိုးသက်ရောက်စေနိုင်သည်

ထို့ကြောင့် PSS အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းသည် optical simulation၊ epitaxial growth engineering နှင့် device design တို့ပါဝင်သည့် multidisciplinary task တစ်ခုဖြစ်သည်။

၈။ စက်မှုလုပ်ငန်းရှုထောင့်နှင့် အနာဂတ်အလားအလာ

ခေတ်သစ် LED ထုတ်လုပ်မှုတွင် PSS ကို ရွေးချယ်နိုင်သော မြှင့်တင်မှုတစ်ခုအဖြစ် မသတ်မှတ်တော့ပါ။ အထွေထွေအလင်းရောင်၊ မော်တော်ကားမီးနှင့် မျက်နှာပြင်နောက်ခံအလင်း အပါအဝင် အလတ်စားနှင့် မြင့်မားသောပါဝါ LED အသုံးချမှုများတွင် ၎င်းသည် အခြေခံနည်းပညာတစ်ခု ဖြစ်လာခဲ့သည်။

အနာဂတ် သုတေသနနှင့် ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်ရေး လမ်းကြောင်းများတွင် အောက်ပါတို့ ပါဝင်သည်-

• Mini-LED နှင့် Micro-LED အပလီကေးရှင်းများအတွက် စိတ်ကြိုက်ပြင်ဆင်ထားသော အဆင့်မြင့် PSS ဒီဇိုင်းများ

• PSS ကို photonic crystals သို့မဟုတ် nanoscale surface texture နှင့် ပေါင်းစပ်သည့် Hybrid ချဉ်းကပ်မှုများ

• ကုန်ကျစရိတ်လျှော့ချရေးနှင့် တိုးချဲ့နိုင်သော ပုံစံထုတ်နည်းပညာများအတွက် ဆက်လက်ကြိုးပမ်းအားထုတ်မှုများ

နိဂုံးချုပ်

ပုံစံရှိသော နီလာအောက်ခံများသည် LED စက်ပစ္စည်းများတွင် passive mechanical support များမှ functional optical နှင့် structural components များသို့ အခြေခံအကူးအပြောင်းကို ကိုယ်စားပြုသည်။ ၎င်းတို့၏ အရင်းအမြစ်တွင် အလင်းထုတ်ယူမှုဆုံးရှုံးမှုများ—ဆိုလိုသည်မှာ optical confinement နှင့် interface reflection—ကို ဖြေရှင်းခြင်းဖြင့် PSS သည် ပိုမိုမြင့်မားသော စွမ်းဆောင်ရည်၊ ပိုမိုကောင်းမွန်သော ယုံကြည်စိတ်ချရမှုနှင့် ပိုမိုတသမတ်တည်းရှိသော စက်ပစ္စည်းစွမ်းဆောင်ရည်ကို ဖြစ်စေသည်။

ဆန့်ကျင်ဘက်အနေနဲ့၊ ပြားချပ်ချပ် နီလာအောက်ခံတွေဟာ ထုတ်လုပ်မှုစွမ်းရည်နဲ့ ကုန်ကျစရိတ်နည်းပါးမှုကြောင့် ဆွဲဆောင်မှုရှိနေဆဲဖြစ်ပေမယ့်၊ သူတို့ရဲ့ မွေးရာပါ အလင်းဆိုင်ရာ ကန့်သတ်ချက်တွေက နောက်မျိုးဆက် မြင့်မားတဲ့ စွမ်းဆောင်ရည်ရှိတဲ့ LED တွေအတွက် သင့်တော်မှုကို ကန့်သတ်ထားပါတယ်။ LED နည်းပညာ ဆက်လက်တိုးတက်ပြောင်းလဲလာတာနဲ့အမျှ PSS ဟာ ပစ္စည်းအင်ဂျင်နီယာပညာဟာ စနစ်အဆင့် စွမ်းဆောင်ရည်တိုးတက်မှုတွေအဖြစ် ဘယ်လိုတိုက်ရိုက်ပြောင်းလဲနိုင်တယ်ဆိုတာကို ပြသတဲ့ ရှင်းလင်းတဲ့ ဥပမာတစ်ခုအဖြစ် ရပ်တည်နေပါတယ်။