A cikin diodes masu fitar da haske (LEDs) waɗanda ke tushen GaN, ci gaba da ci gaba a cikin dabarun girma na epitaxial da tsarin na'urori ya haifar da ingancin kwantum na ciki (IQE) kusa da matsakaicin ka'idarsa. Duk da waɗannan ci gaba, aikin haske na gaba ɗaya na LEDs ya kasance yana da iyaka ta hanyar ingancin cire haske (LEE). Yayin da saffir ya ci gaba da zama babban kayan substrate ga epitaxy na GaN, yanayin saman sa yana taka muhimmiyar rawa wajen sarrafa asarar gani a cikin na'urar.

Wannan labarin yana gabatar da cikakken kwatancen tsakanin saman sapphire mai faɗi da kuma zane mai tsariduwatsun saffir (PSS)Yana bayyana hanyoyin gani da na gani waɗanda PSS ke haɓaka ingancin fitar da haske kuma yana bayyana dalilin da yasa PSS ta zama misali na zahiri a cikin masana'antar LED mai aiki mai girma.

1. Ingantaccen Cire Haske A Matsayin Babban Matsi

Ingancin kwantum na waje (EQE) na LED ana ƙaddara shi ta hanyar samfurin manyan abubuwa guda biyu:

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

EQE=IQE×LEE

Duk da yake IQE yana ƙididdige ingancin haɗakar hasken rana a cikin yankin da ke aiki, LEE ya bayyana ƙashi na photons da aka samar waɗanda suka tsira daga na'urar cikin nasara.

Ga LEDs masu tushen GaN da aka noma a kan sapphire substrates, LEE a cikin ƙira na gargajiya yawanci yana iyakance zuwa kusan 30-40%. Wannan iyakancewar ta samo asali ne daga:

• Rashin daidaito mai tsanani tsakanin ma'aunin haske tsakanin GaN (n ≈ 2.4), saffir (n ≈ 1.7), da iska (n ≈ 1.0)

• Ƙarfin cikakken tunani na ciki (TIR) ​​a cikin hanyoyin haɗin planar

• Kamawar photon a cikin yadudduka na epitaxial da substrate

Saboda haka, wani ɓangare mai yawa na photons da aka samar suna fuskantar tunani na ciki da yawa kuma a ƙarshe kayan suna shaye su ko kuma su canza su zuwa zafi maimakon taimakawa wajen samar da haske mai amfani.

2. Ƙananan duwatsun Sapphire: Sauƙin Tsarin Gine-gine tare da Takamaiman Ganuwa

2.1 Halayen Tsarin Gida

Manyan duwatsun sapphire masu faɗi galibi suna amfani da tsarin c-plane (0001) tare da santsi da saman planar. An yi amfani da su sosai saboda:

• Babban ingancin kristal

• Kyakkyawan kwanciyar hankali na thermal da sinadarai

• Tsarin masana'antu masu girma da inganci

2.2 Halayyar gani

Daga mahangar gani, hanyoyin sadarwa na planar suna haifar da hanyoyin yaɗuwar photon masu matuƙar jagora da kuma waɗanda ake iya hasashensu. Lokacin da photons da aka samar a yankin aiki na GaN suka isa ga hanyar sadarwa ta GaN-air ko GaN-sapphire a kusurwoyin da suka wuce kusurwar da ta fi muhimmanci, cikakken tunani na ciki yana faruwa.

Wannan yana haifar da:

• Ƙarfin ɗaurewar photon a cikin na'urar

• Ƙara yawan sha ta hanyar lantarki na ƙarfe da yanayin lahani

• Rarraba haske mai fitarwa ta hanyar kusurwa mai iyaka

A taƙaice, ƙananan duwatsun sapphire ba sa taimakawa sosai wajen shawo kan matsalar da ke tattare da gani.

3. Tsarin ƙasa na Sapphire: Tsarin da Tsarin Gine-gine

Ana samar da wani tsari mai siffar saffir (PSS) ta hanyar gabatar da tsarin micro- ko nanoscale na lokaci-lokaci ko na lokaci-lokaci akan saman saffir ta amfani da dabarun photolithography da etching.

Tsarin PSS na yau da kullun sun haɗa da:

• Tsarin mazugi mai siffar ƙoƙo

• Kubba masu siffar hemisphere

• Siffofin Dala

• Siffar mazugi mai siffar silinda ko kuma mai yankewa

Girman siffofi na yau da kullun ya kama daga ƙaramin micrometer zuwa micrometers da yawa, tare da tsayin da aka tsara a hankali, sautin, da kuma zagayowar aiki.

4. Hanyoyin Inganta Cire Haske a PSS

4.1 Danne Tunani Gabaɗaya na Ciki

Tsarin PSS mai girma uku yana gyara kusurwoyin gida na faruwar abubuwa a hanyoyin haɗin kayan. Ana mayar da hotunan da za su fuskanci cikakken haske a cikin gida zuwa kusurwoyi a cikin mazubin tserewa, wanda hakan ke ƙara yawan yiwuwar su fita daga na'urar.

4.2 Ingantaccen Watsawar Hankali da Rarraba Hanya

Tsarin PSS yana gabatar da abubuwan da suka faru na refraction da tunani da yawa, wanda ke haifar da:

• Umarnin yaɗa photon bazuwar tsari

• Ƙara hulɗa da hanyoyin haɗin cire haske

• Rage lokacin zama a cikin na'urar ta hanyar amfani da photon

A kididdiga, waɗannan tasirin suna ƙara yiwuwar cire photon kafin a sha.

4.3 Ingancin Ma'aunin Rage Haske

Daga mahangar samfurin gani, PSS tana aiki a matsayin ingantaccen matakin sauyawa na ma'aunin refractive. Maimakon sauyawar ma'aunin refractive kwatsam daga GaN zuwa iska, yankin da aka tsara yana ba da bambancin ma'aunin refractive a hankali, ta haka yana rage asarar haske na Fresnel.

Wannan tsari yana kama da rufin hana haske, kodayake ya dogara ne akan na'urorin gani na geometric maimakon tsangwama na siririn fim.

4.4 Rage Asarar Shaye-shaye ta Hanyar Kai Tsaye

Ta hanyar rage tsawon hanyar photon da kuma danne maimaitawar tunani na ciki, PSS yana rage yuwuwar sha ta ido ta hanyar:

• Lambobin sadarwa na ƙarfe

• Yanayin lahani na lu'ulu'u

• Shaƙar mai ɗaukar kaya kyauta a cikin GaN

Waɗannan tasirin suna taimakawa wajen inganta inganci da kuma inganta aikin zafi.

5. Ƙarin Fa'idodi: Inganta Ingancin Lu'ulu'u

Bayan haɓaka gani, PSS kuma yana inganta ingancin kayan epitaxial ta hanyar hanyoyin epitaxial overgrowth (LEO) na gefe:

• Ana tura ko dakatar da nakasassu da suka samo asali daga hanyar haɗin sapphire-GaN

• Yawan nakasawar zare ya ragu sosai

• Ingantaccen ingancin lu'ulu'u yana haɓaka amincin na'urar da tsawon rayuwar aiki

Wannan fa'idar gani da tsari biyu tana bambanta PSS daga hanyoyin zane-zanen saman ido kawai.

6. Kwatanta Adadi: Fale-falen Sapphire da PSS

Ribar aiki ta ainihi ta dogara ne da tsarin tsari, tsawon fitar da hayaki, tsarin guntu, da dabarun marufi.

7. Sharhin Ciniki da Injiniyanci

Duk da fa'idodinsa, PSS tana gabatar da ƙalubale da dama masu amfani:

• Ƙarin matakan lithography da etching suna ƙara farashin ƙera

• Daidaiton tsari da zurfin etch suna buƙatar cikakken iko

• Tsarin da ba a inganta shi sosai ba na iya yin mummunan tasiri ga daidaiton epitaxial

Saboda haka, inganta PSS aiki ne na fannoni daban-daban da suka shafi kwaikwayon gani, injiniyan haɓaka epitaxial, da ƙirar na'urori.

8. Ra'ayin Masana'antu da Hasashen Nan Gaba

A cikin masana'antar LED ta zamani, ba a sake ɗaukar PSS a matsayin wani zaɓi na haɓakawa ba. A cikin aikace-aikacen LED masu matsakaicin ƙarfi da ƙarfi - gami da haske gabaɗaya, hasken mota, da hasken baya - ya zama fasaha ta asali.

Hanyoyin bincike da ci gaba na gaba sun haɗa da:

• Tsarin PSS na ci gaba wanda aka tsara don aikace-aikacen Mini-LED da Micro-LED

• Hanyoyi masu haɗaka waɗanda ke haɗa PSS da lu'ulu'u na photonic ko kuma rubutun saman nanoscale

• Ci gaba da ƙoƙarin rage farashi da fasahar tsara tsari mai sauye-sauye

Kammalawa

Tsarin sapphire yana wakiltar sauyi mai mahimmanci daga tallafin injina marasa aiki zuwa kayan aikin gani da tsari a cikin na'urorin LED. Ta hanyar magance asarar cire haske a tushen su - wato tsarewar gani da kuma haskaka hanyar sadarwa - PSS yana ba da damar ingantaccen aiki, ingantaccen aminci, da kuma ingantaccen aikin na'ura.

Sabanin haka, yayin da ƙananan duwatsun sapphire masu faɗi suka ci gaba da zama masu kyau saboda iyawar ƙera su da ƙarancin farashi, iyakokin gani da ke tattare da su suna takaita dacewa da LEDs masu inganci na gaba. Yayin da fasahar LED ke ci gaba da bunƙasa, PSS misali ne bayyananne na yadda injiniyan kayan aiki zai iya fassara kai tsaye zuwa ga ribar aiki a matakin tsarin.