基于双光栅结构下特征参量与GaN基LED光提取效率的动态关系

摘要

为解决光子在半导体和空气界面处的全反射导致的GaN基发光二极管外量子效率低下的问题,基于双光栅GaN基发光二极管芯片模型的基本构成,利用蒙特卡罗算法及波动方程理论进行模拟,分析了光子的主要损耗对出光效率的影响.通过数值计算模拟,计算了不同光栅槽深、周期及吸收系数对发光二极管光提取效率的动态影响,结果表明:光提取效率曲线随反射光栅槽深的增大呈余弦周期性变化,与光栅衍射效率与槽深之间的关系是一致的;光提取效率在光栅间距为介质中光波长附近时达到最大,随着周期的增大或减小而减小;双光栅GaN基发光二极管受GaN吸收系数影响比传统GaN基发光二极管明显,吸收系数越小,光提取效率越高.透射光栅槽深为350nm,周期为300nm,反射光栅槽深为230nm,周期为250nm,GaN吸收系数为0时能获得最大光提取效率为67%.而传统平板型GaN基发光二极管,模拟得到的光提取效率只有18.5%,添加双光栅结构后的GaN基发光二极管,可以提高光提取效率3倍以上.结合提高晶体质量,降低GaN吸收系数能更有效提高光提取效率.