នៅក្នុងឌីយ៉ូតបញ្ចេញពន្លឺ (LED) ដែលមានមូលដ្ឋានលើ GaN វឌ្ឍនភាពជាបន្តបន្ទាប់នៅក្នុងបច្ចេកទេសលូតលាស់ epitaxial និងស្ថាបត្យកម្មឧបករណ៍បានជំរុញឱ្យប្រសិទ្ធភាពកង់ទិចខាងក្នុង (IQE) កាន់តែខិតជិតដល់កម្រិតអតិបរមាតាមទ្រឹស្តីរបស់វា។ បើទោះបីជាមានការរីកចម្រើនទាំងនេះក៏ដោយ ការអនុវត្តពន្លឺទាំងមូលរបស់ LED នៅតែត្រូវបានកំណត់ជាមូលដ្ឋានដោយប្រសិទ្ធភាពទាញយកពន្លឺ (LEE)។ ដោយសារតែត្បូងកណ្តៀងនៅតែជាសម្ភារៈស្រទាប់ខាងក្រោមលេចធ្លោសម្រាប់ epitaxy GaN រូបរាងផ្ទៃរបស់វាដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការគ្រប់គ្រងការបាត់បង់អុបទិកនៅក្នុងឧបករណ៍។

អត្ថបទនេះបង្ហាញពីការប្រៀបធៀបដ៏ទូលំទូលាយរវាងស្រទាប់ខាងក្រោមត្បូងកណ្តៀងរាបស្មើ និងស្រទាប់ខាងក្រោមដែលមានលំនាំស្រទាប់​ត្បូង​កណ្តៀង (PSS)វា​បញ្ជាក់​ពី​យន្តការ​អុបទិក និង​គ្រីស្តាល់​ដែល PSS ជួយ​បង្កើន​ប្រសិទ្ធភាព​នៃ​ការ​ទាញ​យក​ពន្លឺ និង​ពន្យល់​ពី​មូលហេតុ​ដែល PSS បាន​ក្លាយ​ជា​ស្តង់ដារ​ជាក់ស្តែង​ក្នុង​ការ​ផលិត LED ដែល​មាន​ដំណើរការ​ខ្ពស់។

១. ប្រសិទ្ធភាពនៃការទាញយកពន្លឺជាឧបសគ្គជាមូលដ្ឋាន

ប្រសិទ្ធភាពកង់ទិចខាងក្រៅ (EQE) របស់ LED ត្រូវបានកំណត់ដោយផលគុណនៃកត្តាចម្បងពីរ៖

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

EQE = IQE × LEE

ខណៈពេលដែល IQE កំណត់បរិមាណប្រសិទ្ធភាពនៃការរួមបញ្ចូលគ្នាឡើងវិញនៃរស្មីនៅក្នុងតំបន់សកម្ម LEE ពិពណ៌នាអំពីប្រភាគនៃហ្វូតុងដែលបានបង្កើតដែលគេចចេញពីឧបករណ៍ដោយជោគជ័យ។

ចំពោះ LED ដែលមានមូលដ្ឋានលើ GaN ដែលដាំដុះលើស្រទាប់ខាងក្រោម sapphire កម្រិត LEE ក្នុងការរចនាធម្មតាត្រូវបានកំណត់ជាធម្មតាប្រហែល 30-40%។ ការកំណត់នេះកើតឡើងជាចម្បងពី៖

• ភាពមិនស៊ីគ្នានៃសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរធ្ងន់ធ្ងររវាង GaN (n ≈ 2.4), ត្បូងកណ្តៀង (n ≈ 1.7) និងខ្យល់ (n ≈ 1.0)

• ការឆ្លុះបញ្ចាំងខាងក្នុងសរុបខ្លាំង (TIR) ​​នៅចំណុចប្រសព្វប្លង់

• ការចាប់ហ្វូតុងនៅក្នុងស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ី និងស្រទាប់ខាងក្រោម

ជាលទ្ធផល ផ្នែកសំខាន់នៃហ្វូតុងដែលបង្កើតឡើងឆ្លងកាត់ការឆ្លុះបញ្ចាំងខាងក្នុងច្រើនដង ហើយនៅទីបំផុតត្រូវបានស្រូបយកដោយសម្ភារៈ ឬបំប្លែងទៅជាកំដៅជាជាងរួមចំណែកដល់ទិន្នផលពន្លឺដែលមានប្រយោជន៍។

2. ស្រទាប់​ត្បូង​កណ្តៀង​សំប៉ែត៖ ភាព​សាមញ្ញ​នៃ​រចនាសម្ព័ន្ធ​ជាមួយ​នឹង​ការ​រឹតត្បិត​អុបទិក

២.១ លក្ខណៈរចនាសម្ព័ន្ធ

ស្រទាប់​ត្បូង​កណ្តៀង​សំប៉ែត​ជា​ធម្មតា​ប្រើ​ទិស​ដៅ​រាង​ c-plane (0001) ជាមួយ​នឹង​ផ្ទៃ​រលោង​និង​រាបស្មើ។ ពួក​វា​ត្រូវ​បាន​គេ​យក​មក​ប្រើប្រាស់​យ៉ាង​ទូលំទូលាយ​ដោយសារ៖

• គុណភាពខ្ពស់នៃគ្រីស្តាល់

• ស្ថេរភាពកម្ដៅ និងគីមីដ៏ល្អឥតខ្ចោះ

• ដំណើរការផលិតចាស់ទុំ និងសន្សំសំចៃ

២.២ ឥរិយាបថអុបទិក

ពីទស្សនៈអុបទិក ចំណុចប្រទាក់រាបស្មើនាំទៅរកផ្លូវសាយភាយហ្វូតុងដែលមានទិសដៅខ្ពស់ និងអាចព្យាករណ៍បាន។ នៅពេលដែលហ្វូតុងដែលបង្កើតនៅក្នុងតំបន់សកម្ម GaN ទៅដល់ចំណុចប្រទាក់ GaN-ខ្យល់ ឬ GaN-sapphire នៅមុំចូលលើសពីមុំសំខាន់ ការឆ្លុះបញ្ចាំងខាងក្នុងសរុបកើតឡើង។

នេះបណ្តាលឱ្យ៖

• ការរឹតបន្តឹងហ្វូតុងខ្លាំងនៅក្នុងឧបករណ៍

• ការស្រូបយកកើនឡើងដោយអេឡិចត្រូតលោហៈ និងស្ថានភាពពិការភាព

• ការចែកចាយមុំមានកំណត់នៃពន្លឺដែលបញ្ចេញចេញ

ជាទូទៅ ស្រទាប់​ត្បូង​កណ្តៀង​សំប៉ែត​ផ្តល់​ជំនួយ​តិចតួច​ក្នុង​ការ​យកឈ្នះ​លើ​ការ​រឹតត្បិត​អុបទិក។

៣. ស្រទាប់​ត្បូង​កណ្តៀង​ដែល​មាន​លំនាំ៖ គោលគំនិត និង​ការ​រចនា​រចនាសម្ព័ន្ធ

ស្រទាប់​ត្បូង​កណ្តៀង​ដែល​មាន​លំនាំ (PSS) ត្រូវ​បាន​បង្កើត​ឡើង​ដោយ​ការ​បញ្ចូល​រចនាសម្ព័ន្ធ​មីក្រូ ឬ​រចនាសម្ព័ន្ធ​ណាណូ​ដែល​មាន​រយៈពេល​កំណត់ ឬ​ស្ទើរតែ​មាន​រយៈពេល​កំណត់​ទៅ​លើ​ផ្ទៃ​ត្បូង​កណ្តៀង​ដោយ​ប្រើ​បច្ចេកទេស​ថត​ពន្លឺ និង​ឆ្លាក់។

ធរណីមាត្រ PSS ទូទៅរួមមាន៖

• រចនាសម្ព័ន្ធរាងកោណ

• ដូម​អឌ្ឍគោល

• លក្ខណៈពិសេសពីរ៉ាមីត

• រាងស៊ីឡាំង ឬរាងកោណកាត់ខ្លី

វិមាត្រ​លក្ខណៈ​ពិសេស​ធម្មតា​មាន​ចាប់ពី​អនុមីក្រូម៉ែត្រ​ដល់​មីក្រូម៉ែត្រ​ជាច្រើន ជាមួយនឹង​កម្ពស់ ជម្រាល និង​វដ្ត​កាតព្វកិច្ច​ដែល​បាន​គ្រប់គ្រង​យ៉ាង​ប្រុងប្រយ័ត្ន។

៤. យន្តការនៃការបង្កើនការទាញយកពន្លឺនៅក្នុង PSS

៤.១ ការទប់ស្កាត់ការឆ្លុះបញ្ចាំងខាងក្នុងសរុប

សណ្ឋានដីបីវិមាត្ររបស់ PSS កែប្រែមុំនៃផលប៉ះពាល់ក្នុងតំបន់នៅចំណុចប្រសព្វនៃសម្ភារៈ។ ហ្វូតុងដែលបើមិនដូច្នោះទេនឹងជួបប្រទះនឹងការឆ្លុះបញ្ចាំងខាងក្នុងសរុបនៅព្រំដែនរាបស្មើត្រូវបានបញ្ជូនបន្តទៅជាមុំនៅក្នុងកោណគេចចេញ ដែលបង្កើនប្រូបាប៊ីលីតេនៃការចាកចេញពីឧបករណ៍របស់វាយ៉ាងច្រើន។

៤.២ ការខ្ចាត់ខ្ចាយអុបទិកដែលប្រសើរឡើង និងការធ្វើចៃដន្យផ្លូវ

រចនាសម្ព័ន្ធ PSS ណែនាំព្រឹត្តិការណ៍ចំណាំងបែរ និងការឆ្លុះបញ្ចាំងច្រើន ដែលនាំឱ្យ៖

• ការចៃដន្យនៃទិសដៅសាយភាយហ្វូតុង

• អន្តរកម្មកាន់តែច្រើនជាមួយចំណុចប្រទាក់ទាញយកពន្លឺ

• ពេលវេលាស្នាក់នៅហ្វូតុងក្នុងឧបករណ៍ត្រូវបានកាត់បន្ថយ

តាមស្ថិតិ ផលប៉ះពាល់ទាំងនេះបង្កើនលទ្ធភាពនៃការទាញយកហ្វូតុងមុនពេលការស្រូបយកកើតឡើង។

៤.៣ ការដាក់ចំណាត់ថ្នាក់សន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរដែលមានប្រសិទ្ធភាព

ពីទស្សនៈគំរូអុបទិក PSS ដើរតួជាស្រទាប់អន្តរកាលសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរដ៏មានប្រសិទ្ធភាព។ ជំនួសឲ្យការផ្លាស់ប្តូរសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរភ្លាមៗពី GaN ទៅខ្យល់ តំបន់ដែលមានលំនាំផ្តល់នូវការប្រែប្រួលសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរបន្តិចម្តងៗ ដោយហេតុនេះកាត់បន្ថយការខាតបង់ការឆ្លុះបញ្ចាំង Fresnel។

យន្តការនេះគឺស្រដៀងគ្នាទៅនឹងថ្នាំកូតប្រឆាំងនឹងការឆ្លុះបញ្ចាំង ទោះបីជាវាពឹងផ្អែកលើអុបទិកធរណីមាត្រជាជាងការជ្រៀតជ្រែកខ្សែភាពយន្តស្តើងក៏ដោយ។

៤.៤ ការកាត់បន្ថយដោយប្រយោលនៃការបាត់បង់ការស្រូបយកអុបទិក

តាមរយៈការធ្វើឱ្យប្រវែងផ្លូវហ្វូតុងខ្លី និងទប់ស្កាត់ការឆ្លុះបញ្ចាំងខាងក្នុងម្តងហើយម្តងទៀត PSS កាត់បន្ថយប្រូបាប៊ីលីតេនៃការស្រូបយកអុបទិកដោយ៖

• ទំនាក់ទំនងលោហៈ

• ស្ថានភាពពិការភាពគ្រីស្តាល់

• ការស្រូបយកសារធាតុផ្ទុកដោយឥតគិតថ្លៃនៅក្នុង GaN

ផលប៉ះពាល់ទាំងនេះរួមចំណែកដល់ប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ និងដំណើរការកម្ដៅប្រសើរឡើង។

៥. អត្ថប្រយោជន៍បន្ថែម៖ ការកែលម្អគុណភាពគ្រីស្តាល់

ក្រៅពីការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពអុបទិក PSS ក៏ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវគុណភាពសម្ភារៈ epitaxial តាមរយៈយន្តការ lateral epitaxial overgrowth (LEO)៖

• ការផ្លាស់ទីលំនៅដែលមានប្រភពមកពីចំណុចប្រទាក់ sapphire-GaN ត្រូវបានបញ្ជូនបន្ត ឬបញ្ចប់

• ដង់ស៊ីតេនៃការផ្លាស់ទីលំនៅរបស់ខ្សែស្រឡាយត្រូវបានកាត់បន្ថយយ៉ាងខ្លាំង

• គុណភាពគ្រីស្តាល់ប្រសើរឡើងបង្កើនភាពជឿជាក់នៃឧបករណ៍ និងអាយុកាលប្រតិបត្តិការ

អត្ថប្រយោជន៍​អុបទិក និង​រចនាសម្ព័ន្ធ​ទ្វេ​នេះ​សម្គាល់ PSS ពី​វិធីសាស្ត្រ​វាយនភាព​ផ្ទៃ​អុបទិក​សុទ្ធសាធ។

៦. ការប្រៀបធៀបបរិមាណ៖ ត្បូងកណ្តៀងរាបស្មើ ទល់នឹង ត្បូង PSS

ការ​កើនឡើង​នៃ​ដំណើរការ​ជាក់ស្តែង​អាស្រ័យ​លើ​ធរណីមាត្រ​លំនាំ រលក​ពន្លឺ​នៃ​ការ​បញ្ចេញ ស្ថាបត្យកម្ម​បន្ទះ​ឈីប និង​យុទ្ធសាស្ត្រ​វេច​ខ្ចប់។

៧. ការសម្របសម្រួល និងការពិចារណាផ្នែកវិស្វកម្ម

ទោះបីជាមានគុណសម្បត្តិរបស់វាក៏ដោយ PSS នាំមកនូវបញ្ហាប្រឈមជាក់ស្តែងមួយចំនួន៖

• ជំហានបន្ថែមនៃការបោះពុម្ពលីថូក្រាហ្វី និងការឆ្លាក់ធ្វើឱ្យថ្លៃដើមផលិតកម្មកើនឡើង

• ឯកសណ្ឋាននៃលំនាំ និងជម្រៅនៃការឆ្លាក់ត្រូវការការគ្រប់គ្រងយ៉ាងច្បាស់លាស់

• លំនាំដែលបានធ្វើឱ្យប្រសើរមិនល្អអាចប៉ះពាល់អវិជ្ជមានដល់ឯកសណ្ឋាន epitaxial ។

ដូច្នេះ ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាព PSS គឺជាកិច្ចការពហុជំនាញដែលពាក់ព័ន្ធនឹងការក្លែងធ្វើអុបទិក វិស្វកម្មកំណើន epitaxial និងការរចនាឧបករណ៍។

៨. ទស្សនវិស័យឧស្សាហកម្ម និងទស្សនវិស័យនាពេលអនាគត

នៅក្នុងការផលិត LED ទំនើប PSS លែងត្រូវបានចាត់ទុកថាជាការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពជាជម្រើសទៀតហើយ។ នៅក្នុងកម្មវិធី LED ថាមពលមធ្យម និងខ្ពស់ — រួមទាំងភ្លើងបំភ្លឺទូទៅ ភ្លើងបំភ្លឺរថយន្ត និងពន្លឺខាងក្រោយអេក្រង់ — វាបានក្លាយជាបច្ចេកវិទ្យាមូលដ្ឋាន។

និន្នាការស្រាវជ្រាវ និងអភិវឌ្ឍន៍នាពេលអនាគតរួមមាន៖

• ការរចនា PSS កម្រិតខ្ពស់ដែលត្រូវបានរចនាឡើងសម្រាប់កម្មវិធី Mini-LED និង Micro-LED

• វិធីសាស្រ្តចម្រុះរួមបញ្ចូលគ្នារវាង PSS ជាមួយនឹងគ្រីស្តាល់ហ្វូតូនិក ឬវាយនភាពផ្ទៃណាណូ

• កិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងជាបន្តបន្ទាប់ឆ្ពោះទៅរកការកាត់បន្ថយថ្លៃដើម និងបច្ចេកវិទ្យាគំរូដែលអាចធ្វើមាត្រដ្ឋានបាន

សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

ស្រទាប់​ខាងក្រោម​ត្បូង​កណ្ដៀង​ដែល​មាន​លំនាំ​តំណាង​ឱ្យ​ការ​ផ្លាស់ប្តូរ​ជា​មូលដ្ឋាន​ពី​ការ​ទ្រទ្រង់​មេកានិច​អកម្ម​ទៅ​ជា​សមាសធាតុ​អុបទិក​ និង​រចនាសម្ព័ន្ធ​ដែល​មាន​មុខងារ​នៅ​ក្នុង​ឧបករណ៍ LED។ ដោយ​ដោះស្រាយ​ការ​ខាតបង់​ការ​ទាញ​យក​ពន្លឺ​នៅ​ឫសគល់​របស់​វា — គឺ​ការ​រឹតត្បិត​អុបទិក និង​ការ​ឆ្លុះបញ្ចាំង​ចំណុច​ប្រទាក់ — PSS អាច​ឱ្យ​មាន​ប្រសិទ្ធភាព​ខ្ពស់​ជាង​មុន​ ភាពជឿជាក់​ប្រសើរឡើង​ និង​ដំណើរការ​ឧបករណ៍​ដែល​ស៊ីសង្វាក់​គ្នា​ជាង​មុន។

ផ្ទុយទៅវិញ ខណៈពេលដែលស្រទាប់ខាងក្រោមកញ្ចក់ sapphire សំប៉ែតនៅតែទាក់ទាញដោយសារតែសមត្ថភាពផលិត និងតម្លៃទាបរបស់វា ដែនកំណត់អុបទិកដែលមានស្រាប់របស់វារឹតត្បិតភាពស័ក្តិសមរបស់វាសម្រាប់ LED ដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ជំនាន់ក្រោយ។ នៅពេលដែលបច្ចេកវិទ្យា LED បន្តវិវឌ្ឍ PSS ឈរជាឧទាហរណ៍ច្បាស់លាស់មួយអំពីរបៀបដែលវិស្វកម្មសម្ភារៈអាចបកប្រែដោយផ្ទាល់ទៅជាការកើនឡើងនៃការអនុវត្តកម្រិតប្រព័ន្ធ។