светодиоды

Фотонные кристаллы на поверхности светодиодов

Опубликовано в: Новости светотехники Дата создания: 2013-10-03 Просмотры: 850

Показатель преломления большинства полупроводниковых светодиодов (LED) чрезвычайно высок, а потому практически во всех случаях свет, генерируемый светодиодом, направляется в среду со значительно более низким индексом рефракции...

Новый метод создания фотонных кристаллов на поверхности светодиодов
Огромная разница между двумя показателями приводит к эффекту обратного отражения, когда излучаемый светодиодом свет спешит обратно в полупроводник, где конвертируется в дополнительное тепло. Эта проблема — низкий коэффициент экстракции света — одна из главных причин неэффективности LED. Обычно больше половины (!) генерируемого светодиодом света отражается обратно при прохождении интерфейсов «LED — защитный слой» и «защитный слой — воздух». Как же быть?
 
Известно, что эффект обратного отражения может быть существенно снижен за счёт полусферической формы защитного покрытия (купол, в центр которого помещён светодиод) — для достижения перпендикулярности между поверхностью и исходящими лучами и, следовательно, минимизации отражения. Кроме того, коэффициент преломления защитного покрытия должен по максимуму совпадать с индексом рефракции полупроводника, дабы дополнительно снизить обратное отражение.
 
Фотонные кристаллы, напомним, характеризуются периодическим изменением показателя преломления в разных пространственных направлениях и способны изменять оптические свойства материалов, такие как коэффициент экстракции света, проходящего через интерфейсы между различными веществами.
 
Из-за чрезвычайно большой разницы в показателях преломления (2,5:1) интерфейс между плоским нитридом галлия (GaN) и воздухом характеризуется особенно узким конусом исходящего света ~24˚ (все остальное практически полностью отражается обратно в полупроводник). Применяемая сегодня литографическая технология создания фотонных кристаллов на поверхности светодиодов не отличается простотой и производительностью. В своей работе учёные из Института полупроводниковых материалов Китайской академии наук предложили усовершенствованный процесс, основанный на использовании наборов самоорганизующихся на поверхности фоточувствительного слоя полимерных наносфер, играющих роль наноразмерных сферических линз (NLP — фотолитография через наносферические линзы, см. иллюстрацию).
 
Светодиодные структуры полупроводникового индий-галлий-нитрида (InGaN) были выращены на сапфировой подложке методом MOCVD (осаждение из газовой фазы с использованием в качестве летучих прекурсоров нитридов комплексов металлов с органическими лигандами). Так был получен синий светодиод, состоящий из активного слоя мультиквантовых колодцев нитрида индия-галлия, расположенных между p- и n-барьерными слоями GaN. Вот на поверхности 100-нанометрового слоя p-GaN методом NLP и были сформированы фотонные кристаллы (см. иллюстрацию).
 
Примененный NLP-метод состоял из нескольких последовательных стадий. Сначала гексагональный плотноупакованный слой полистирольных наносфер был использован в качестве набора линз для селективной обработки подлежащего фоточувствительного слоя УФ-светом. Затем слой наносфер удалили с помощью ультразвука в деионизированной воде. В результате образовалась маска с периодичностью протравленных «углублений» 700–900 нм (этот параметр определяется размером использованных наносфер) для нанесения кварца (SiO2) методом ион-пучковой эпитаксии. Далее маска из фоточувствительного слоя была растворена в ацетоне, а на поверхности диода остались кварцевые нанодиски диаметром около 450 нм, после чего открытое пространство между нанодисками было заполнено дополнительным осаждением 150-нанометрового слоя p-GaN. (Таким образом, весь верхний слой — периодический набор кварцевых дисков диаметром 450 нм, разделенных с периодичностью 700–900 нм p-GaN, — является, по сути, одним большим фотонным кристаллом.)
 
Для сравнения травлением кварцевых дисков плавиковой кислотой также получили фотонные кристаллы с периодическим чередованием воздуха, кварца и p-GaN. Электрические контакты для проведения оптических тестов выполнялись из прозрачного ITO (анод) и золота (катод).
 
Дальнейшее исследование показало, что фотонные кристаллы с сохраненными кварцевыми дисками обеспечивали значительно большее увеличение коэффициента экстракции света, чем кристаллы со структурой «кварц — воздух — GaN» (слишком много внутренних интерфейсов).
 
Детальное описание примененного в исследовании метода NLP, а также результаты изучения влияния различных структурных факторов на величину коэффициента экстракции света можно найти в статье, опубликованной в журнале Applied Physics Letters.
 

Источник: compulenta.ru 

Последние добавленные новости

Современные склады создают уникальные проблемы для дизайнеров и инженеров систем освещения.

...
12-10-2017

Необходимость перехода на светодиодное освещение уже не вызывает сомнений почти ни у кого. 

...
22-05-2017

Никаких световых коробов и перестроенных балконов. Главархитектура определилась, как должны выгляде...

12-05-2017

Имеют ли многоуровневые потолки право на жизнь в современных интерьерах, или стоит забыть их как пережиток ...

08-05-2017

В преддверии летнего сезона 2017 компания OSRAM представляет необычные решения для тюнинга – новую серию про...

08-05-2017

Если чудо произошло, и решение украсить подвесной потолок точечными светильниками принято, необходимо зна...

19-04-2017

У вас есть сад, в котором вы хотели бы проводить летние ночи? Это очень романтично и требует соответствующег...

12-04-2017

Энергосберегающий дом – это не идеализированное представление дома будущего, а сегодняшняя реальность, ...

12-04-2017

Светодиодные лампы - лучший прибор для домашнего освещения

...
10-04-2017

Создание правильной схемы освещения помещения – это сложнейшая задача, при решении которой важно уче...

10-04-2017

Светодиодные LED-ленты: конструкция, функции, сферы применения

...
07-04-2017

Российский производитель светодиодных светильников ООО «ТД «ФЕРЕКС» запустил в серийное производ...

07-04-2017

По данным международных медицинских организаций сотни миллионов людей во всём мире страдают от хроническо...

06-04-2017

Более четырехсот участников из России, Германии, Финляндии, Белоруссии, Китая, Казахстана и Киргизии обсуди...

06-04-2017

В Москве вручили награды лауреатам Премии «Мастер Света».

...
30-03-2017

Деревянный дизайнерский светильник «GORGEOUS HENG BALANCE» с уникальным магнитным механизмом выключателя.

...
29-03-2017
Яндекс.Метрика