Effets de la structure de contact maillée de type p sur l'effet d'extraction de lumière pour les diodes électroluminescentes à puce à bascule ultraviolette profonde

Introduction

Les diodes électroluminescentes ultraviolettes profondes (LED DUV) à base d'AlGaN ont de grands potentiels d'application dans des domaines tels que la purification de l'eau, la photothérapie médicale, la détection et la photocatalyse [1,2,3]. Cependant, les LED DUV à haute efficacité quantique externe (EQE) sont encore difficiles à obtenir, surtout lorsque la longueur d'onde d'émission diminue. L'EQE pour LED peut être calculé par le produit de l'efficacité quantique interne (IQE) notée η _IQE et l'efficacité d'extraction de la lumière (LEE) notée η _LEE , c'est-à-dire η _EEQ =η _IQE · η _LEE . À l'heure actuelle, l'EQE pour les LED DUV structurées à puce retournée conventionnelle est inférieure à 10 %, ce qui est fortement limité par le faible LEE de 7 à 9 % [4]. Jusqu'à présent, l'EQE le plus élevé du monde pour les LED DUV est de 20% à la longueur d'onde de 275  nm, et une telle EQE élevée est obtenue grâce au LEE remarquablement amélioré, qui est rendu possible par l'intégration de diverses technologies LEE avancées telles que le substrat en saphir à motifs, électrode p transparente et technologie de boîtier avancée [5]. Par conséquent, l'amélioration du LEE pour la réalisation de LED DUV à haute efficacité devient essentiellement importante. Il est bien connu que le LEE est considérablement influencé par la réflexion interne totale (TIR) ​​et la perte de Fresnel, qui sont causées par le grand contraste d'indice de réfraction entre AlGaN et l'air (n _aérien =1 et n _AlGaN =2,6) [6]. De plus, l'augmentation de la teneur en Al dans les puits quantiques à base d'AlGaN donne la dominance de la lumière polarisée magnétique transversale (TM), qui est difficile à se propager dans le cône d'échappement avant d'être extraite des LED DUV [7]. Pour augmenter le LEE, d'une part, diverses technologies, y compris les surfaces rugueuses [8], les substrats en saphir à motifs [9], les parois latérales inclinées [10] et les polaritons de plasma de surface [11] ont été largement appliquées, et ce faisant, la diffusion des centres peuvent être générés, ce qui contribue à augmenter la probabilité de fuite du substrat de saphir pour les photons. Un autre obstacle limitant le LEE provient de la couche de contact absorbante p-GaN en raison de la difficulté de faire croître une couche de p-AlGaN riche en Al avec une concentration élevée en trous [5]. Par conséquent, il est important de réduire l'absorption optique causée par la couche p-GaN pour les LED DUV, et les méthodes proposées incluent une électrode de contact de type p maillée [12, 13], un réflecteur de Bragg distribué (DBR)/un réflecteur omnidirectionnel (ODR) [14, 15] et cristal photonique [16]. Parmi les approches proposées, l'électrode de contact de type p maillée est efficace et moins coûteuse. Lobo et al. ont rapporté des motifs de contact de type p à l'échelle micrométrique et se sont avérés efficaces pour améliorer l'extraction de la lumière [13]. Cependant, l'étude d'électrodes de contact de type p maillées à l'échelle nanométrique est rarement réalisée. En plus de cela, l'effet de diffusion de l'électrode de contact de type p maillé à l'échelle micrométrique sur le LEE est négligé dans les rapports précédents. Nous pensons que l'effet de diffusion dans les électrodes de contact de type p à l'échelle nanométrique peut encore augmenter le LEE.

Dans cet article, l'effet de la structure de contact maillée à l'échelle nanométrique et du réflecteur Al sur LEE pour les LED DUV est étudié numériquement. Diverses structures de contact maillées sont étudiées, notamment le contact p-GaN nanotige, les contacts hybrides p-GaN nanotige/p-AlGaN nanotige et les contacts hybrides p-GaN nanotige/p-AlGaN nanocône. En utilisant une simulation tridimensionnelle du domaine temporel aux différences finies (3D FDTD), ce travail étudie la dépendance de LEE sur des paramètres variables pour les structures proposées. Nous constatons que la LED avec des contacts hybrides optimisés p-GaN nanorod/p-AlGaN tronqué nanocône permet une amélioration LEE de plus de 5 fois et 24 fois pour la lumière polarisée électrique transversale (TE) et TM, respectivement.

Méthodes de modèle et de simulation

Le simulateur utilisé dans notre travail est développé par la solution Lumerical FDTD, qui peut résoudre les équations de Maxwell dépendantes du temps pour calculer les distributions de champ électromagnétique dans des structures finies [17, 18]. La figure 1a présente le modèle de simulation pour les LED classiques flip-chip DUV. Une couche de réflecteur Al est fixée au sommet de la structure simulée pour réfléchir les photons vers le saphir transparent afin que la majeure partie de la lumière puisse être extraite [19]. Notez que le réflecteur Al a une réflectivité aussi élevée que 92% dans la gamme spectrale UV [20]. Le mécanisme de dissipation du métal est décrit par le modèle de Drude modifié lors de la simulation [21]. Les épaisseurs de la couche p-GaN, de la couche n-AlGaN et du saphir sont respectivement fixées à 100 nm, 1,5 μm et 1 μm [12]. De multiples puits quantiques (MQW) sont incrustés entre la couche n-AlGaN et la couche p-AlGaN, dont l'épaisseur totale est de 100  nm. De plus, nous avons placé un seul dipôle au milieu de la région MQWs et le dipôle qui représente la recombinaison électron-trou [22]. La longueur d'onde d'émission maximale du spectre pour la source dipolaire est fixée à 280  nm. La source dipolaire est polarisée dans la direction soit parallèle soit perpendiculaire au X -axe pour exciter respectivement le mode TE ou TM [23]. Le Z -L'axe est perpendiculaire au plan C pour les LED DUV. Par conséquent, la lumière polarisée TE et TM se propage principalement dans les plans YZ et XY, respectivement. Les coefficients d'absorption à la longueur d'onde d'émission de 280 nm pour la couche d'AlGaN, les MQW et la couche de GaN sont supposés être de 10 cm ⁻¹ , 1000 cm ⁻¹ , et 170 000 cm ⁻¹ , respectivement. Les indices de réfraction du matériau pour la couche d'AlGaN, la couche de GaN et le saphir sont supposés être respectivement de 2,6, 2,9 et 1,8 [23, 24]. La dimension latérale de la structure calculée est fixée à 8 × 8 μm ² . Les conditions aux limites pour les quatre limites latérales sont supposées avoir une réflectance de 100 %, de sorte que les dimensions latérales finies peuvent être supposées infinies [25]. Les conditions pour les limites supérieure et inférieure sont définies pour avoir une couche parfaitement adaptée (PML), qui peut entièrement absorber l'énergie électromagnétique. Dans nos modèles, un maillage non uniforme est appliqué lors de la réalisation de simulations, et la plus petite taille de maillage est fixée à 5 nm, ce qui offre une bonne précision pour le calcul du LEE. Le moniteur de puissance est placé à 300  nm de distance du saphir pour collecter la transmission de puissance à travers le moniteur et enregistrer le rayonnement du champ électrique en champ proche. Le champ électrique de champ proche est converti en champ électrique de champ lointain en effectuant la transformation de Fourier. Le LEE est calculé en prenant le rapport de la puissance totale extraite collectée par le moniteur de puissance et la puissance totale d'émission du dipôle [26]. La puissance collectée par le moniteur de puissance est obtenue en intégrant la distribution de puissance en champ lointain sur la surface du moniteur de puissance.

un Schéma de vue latérale schématique des modèles de calcul 3D FDTD pour la structure LED classique à puce flip-chip DUV. b LEE polarisés TE et TM pour LED DUV avec p-GaN et sans p-GaN en fonction de l'épaisseur de p-AlGaN

Résultats et discussions

Effet de l'épaisseur de la cavité optique sur LEE

Comme il est bien connu, l'effet de cavité optique peut régler le mode de rayonnement pour les MQW dans les LED flip-chip, qui est sensible à l'épaisseur de la couche de type p, tandis que l'épaisseur de la couche de type p a une influence significative sur LEE [27] . Par conséquent, nous étudions d'abord l'effet de l'épaisseur de la couche p-AlGaN sur les LEE polarisés TE et TM pour une structure LED conventionnelle. L'épaisseur de la couche p-AlGaN représente également la distance entre les MQW et le réflecteur Al. Comme le montre la figure 1b, toutes les courbes LEE montrent une oscillation périodique avec l'épaisseur de la couche de p-AlGaN et la période est d'environ 50  nm. Le comportement oscillant est dû à l'effet de cavité optique qui est introduit par l'interférence constructive entre la lumière de la source et la lumière réfléchie par le miroir Al. Selon la théorie des interférences, la période peut être calculée par Δd =λ /2n _AlGaN =53 nm [21], ce qui est en bon accord avec les résultats simulés de la Fig. 1b. De plus, les pics de LEE pour la lumière polarisée TM sont opposés à ceux de la lumière polarisée TE. Selon les équations de Fresnel et la matrice de Mueller [28], il existe différentes amplitudes de réflexion et déphasages pour la réflexion de la lumière polarisée TE et TM à partir de l'interface entre deux milieux isotropes linéaires. De plus, on peut constater que, bien que la forte absorption de la couche p-GaN affaiblisse l'effet de cavité optique, le LEE pour les LED avec une couche p-GaN de 100 nm d'épaisseur montre toujours une faible fluctuation d'amplitude. L'effet de cavité optique plus faible pour les LED avec couche p-GaN conduit au fait que, pour la lumière polarisée TE et TM, le LEE minimum pour la LED avec couche p-GaN est supérieur à celui de la LED sans p-GaN couche comme le montre la figure 1b. Pendant ce temps, on peut également observer que le LEE moyen pour la lumière polarisée TM n'est qu'un dixième de celui pour la lumière polarisée TE, et les résultats ici sont cohérents avec les résultats de [23]. En outre, il convient de noter que les LED sans couche p-GaN montrent que les plus grands LEE pour la lumière polarisée TE et la lumière polarisée TM sont respectivement de 16% et 1,5%, alors que ces chiffres ne sont que de 5% et 0,5% pour le LED avec couche p-GaN, respectivement. Par conséquent, une triple amélioration du LEE peut être obtenue pour les LED sans couche p-GaN, ce qui indique que la lumière polarisée TE et TM peut être absorbée de manière significative par la couche p-GaN. C'est parce que certaines lumières doivent subir des réflexions multiples pour s'échapper, et l'épaisseur optimisée du p-AlGaN provoque également le meilleur effet de cavité optique. Par conséquent, la réduction de l'absorption du p-GaN est très importante pour le LEE de la LED DUV et peut entraîner une augmentation plus du double du LEE.

Effet des contacts p-GaN maillés sur LEE

Pour réduire l'absorption de la couche de p-GaN, le p-GaN est maillé en sous-microcontacts pour augmenter le LEE. Basée sur la LED classique flip-chip DUV de la Fig. 1a, la couche p-GaN est conçue pour les nanotiges qui sont intégrées dans le réflecteur Al pour former l'électrode de sous-microcontact de type p (voir Fig. 2a) avec un réseau carré (voir la figure 2b). La hauteur des nanotiges p-GaN est fixée à 100  nm. Le diamètre des nanobâtonnets de p-GaN est fixé à 250 nm dont le nombre est proche de la longueur d'onde d'émission. L'épaisseur de couche optimisée de p-AlGaN est fixée à 125  nm selon la figure 1b. Pour la LED DUV avec contacts p-GaN maillés, l'espacement est le plus important. D'une part, l'espacement plus petit doit permettre au courant de se propager plus efficacement dans toute la région active. D'autre part, le plus petit espacement augmentera le facteur de remplissage des contacts p-GaN maillés et augmentera ainsi l'absorption optique. Par conséquent, un espacement optimisé qui permet à la fois un bon étalement du courant et un excellent LEE est très critique pour les LED DUV proposées. Nous étudions ensuite et montrons l'effet de l'espacement sur LEE sur la figure 2c. Comme prévu, par rapport à la LED DUV conventionnelle, les LEE polarisés TE et TM pour les LED DUV avec contacts p-GaN maillés sont considérablement améliorés. Le LEE pour la lumière polarisée TE augmente avec l'espacement croissant jusqu'à ce que l'espacement atteigne 125  nm car l'absorption de p-GaN diminue en raison de la diminution du facteur de remplissage de p-GaN. Et les LEE ont une amélioration de plus de trois fois lorsque l'espacement est d'environ 125 nm. Cependant, après 125  nm, le LEE pour la lumière polarisée TE diminue avec le facteur de remplissage. Les observations lorsque l'espacement est au-delà de 125  nm impliquent qu'il existe un autre facteur jouant un effet important sur LEE. D'après le rapport de [29], la longueur d'extinction du photon peut être exprimée par 1/L _extinction =1/L _diffusion + 1/L _absorption , où L _diffusion et L _absorption correspondent respectivement à la longueur de diffusion et à la longueur d'absorption. Étant donné que le LEE dépend principalement de l'absorption du matériau et de la diffusion structurelle, on peut en déduire que l'effet de diffusion causé par les contacts p-GaN maillés affecte principalement le LEE lorsque l'espacement est supérieur à 125  nm.

un Schéma de vue de côté schématique de la LED DUV flip-chip avec contacts p-GaN maillés. b Diagramme schématique en vue de dessus de la distribution des contacts p-GaN maillés. c LEE pour LED DUV avec les contacts maillés p-GaN en fonction de l'espacement des nanotiges lorsque l'épaisseur p-AlGaN est de 125 nm

Pour confirmer l'effet de diffusion par les contacts p-GaN maillés, un modèle sans matériau absorbant est défini, tel que le coefficient d'absorption pour le matériau GaN est fixé à 0 et le réflecteur Al est remplacé par le conducteur électrique parfait (PEC) avec près de 100 % de réflectivité, pour laquelle les résultats de la simulation sont tracés avec une ligne carrée noire sur la figure 3a. On peut voir que le LEE augmente puis diminue avec l'augmentation de l'espacement. A savoir, l'effet de diffusion du sous-microcontact p-GaN est incrémentiel puis diminue avec l'augmentation de l'espace. Par conséquent, l'espacement accru pour les contacts GaN maillés de type p supprimera l'effet de diffusion, ce qui interprète l'observation de la figure 3a selon laquelle lorsque l'espacement est supérieur à 50  nm, le LEE diminue avec l'espacement accru.

un LEE en fonction de l'espacement des nanotiges pour les LED DUV avec les nanotiges p-GaN non absorbantes/absorbantes de 100 nm de haut, et les réflecteurs sont respectivement en Al et PEC. b Réflectivité d'incidence normale avec réflecteur Al maillé et réflecteur Al plan en fonction de l'espacement des nanotiges. L'encart montre l'effet de l'absorption de la couche p-GaN, de l'absorption du métal Al et de la diffusion de la structure dans les LED DUV avec des contacts p-GaN maillés. Distributions transversales du champ électrique à l'espacement des nanotiges de 50  nm avec c Al et d Réflecteur PEC

De plus, lorsque l'absorption de GaN est définie sur 0 et que le réflecteur Al est appliqué, le LEE augmente également d'abord puis diminue comme la ligne triangulaire rouge illustrée sur la figure 3a. Cependant, le LEE maximum de 20% pour la structure avec réflecteur Al est bien inférieur à celui de 56% pour la structure avec réflecteur PEC. La figure 3b présente la dépendance de la réflectivité sur l'espacement pour le réflecteur Al maillé. La réflectivité du réflecteur en Al maillé diminue à mesure que l'espacement diminue. En d'autres termes, la surface métallique Al devient rugueuse lorsque l'espacement diminue. Par conséquent, la diminution de la réflectivité pour les surfaces métalliques rugueuses peut être attribuée à l'excitation des plasmons de surface et à l'effet de surface [30,31,32]. La surface métallique rugueuse modulera la phase de la lumière incidente conduisant à la lumière absorbée et à l'excitation des ondes de surface (plasmons de surface). L'effet de surface entraîne le piégeage de la lumière dans les creux de la surface avec une absorption éventuelle. En outre, la distribution transversale du champ électrique utilisant l'onde plane comme source d'incidence pour le réflecteur Al et le réflecteur PEC est illustrée sur les Fig. 3c et d, respectivement. On constate que, pour la LED avec réflecteur Al, les nanotiges p-GaN possèdent la plus forte intensité de champ électrique local, mais de telles observations sont moins évidentes dans les nanotiges p-GaN pour la LED avec réflecteur PEC, ce qui confirme qu'il y a une absorption de résonance plasmonique de surface pour un réflecteur en Al maillé. De plus, une tendance LEE similaire peut être observée comme le montre la ligne circulaire bleue sur la figure 3a lorsque notre modèle considère l'absorption de la couche p-GaN et le réflecteur PEC. Le LEE devient plus grand pour la LED sans absorption GaN et avec réflecteur PEC (ligne triangulaire rouge), ce qui indique que l'absorption de la couche p-GaN est plus importante que l'absorption métallique. Par conséquent, pour les LED DUV avec des contacts p-GaN maillés, il existe une concurrence entre l'absorption de la couche p-GaN, l'absorption du métal Al et la diffusion de la structure, comme indiqué dans l'insert de la figure 3b. Lorsque l'espacement est trop petit, le LEE est fortement affecté par l'absorption de la couche de p-GaN et du métal, tandis que la diffusion de la structure a un effet primaire sur le LEE lorsque l'espacement devient grand.

En outre, nous étudions plus en détail l'effet de la hauteur des nanotiges p-GaN sur le LEE pour les LED DUV. La dépendance de l'espacement des LEE à différentes hauteurs de nanotiges p-GaN de 10 nm, 25 nm, 50 nm et 100 nm est illustrée à la figure 4a. Le LEE augmente lorsque la hauteur du nanotige diminue de 100 à 25  nm. Il est évident que l'augmentation de LEE est attribuée à la plus faible absorption de la couche de p-GaN plus mince. Cependant, la figure 4a montre également que les LEE sont similaires lorsque les hauteurs des nanotiges sont de 25 nm et 10 nm. Comme le montre la figure 4b, la réflectivité du métal Al avec des nanotiges p-GaN augmente plus rapidement avec la diminution de la hauteur des nanotiges. Par conséquent, on peut en déduire que l'effet de diffusion à la hauteur de 25 nm est plus fort que celui à la hauteur de 10 nm, ce qui produit un LEE similaire. Néanmoins, le LEE le plus important est de 15 % lorsque les nanotiges de p-GaN sont à une hauteur de 100 nm, et le LEE maximal n'est que de 18 % lorsque les nanotiges de p-GaN sont à une hauteur de 25 nm ; ainsi, une petite différence est obtenue. Elle est principalement attribuée à la forte couche absorbante de p-GaN, comme le montre l'encart de la figure 4a. Pour une couche de p-GaN de 10 nm d'épaisseur, seulement 40 % de la lumière peut être réfléchie, donc la lumière réfléchie provient principalement du réflecteur Al parmi les nanotiges de p-GaN. Par conséquent, la réflectivité est plus affectée par l'espacement que par la hauteur des nanotiges de p-GaN. Par conséquent, par rapport à l'espacement des nanotiges, la hauteur des nanotiges p-GaN influence moins le LEE.

(a) Les LEE en fonction de l'espacement des nanotiges pour LED DUV avec réflecteur Al et avec les hauteurs de nanotiges p-GaN de 10, 25, 50 et 100  nm sont définis. Encart :réflectivité d'incidence normale pour les LED DUV conventionnelles en fonction de l'épaisseur de la couche p-GaN et b réflectivité de l'incidence normale en fonction de l'espacement des nanotiges lorsque les hauteurs des nanotiges p-GaN sont de 10, 25, 50 et 100 nm

Effet des contacts hybrides maillés p-GaN/p-AlGaN sur LEE

En outre, nous proposons en outre une couche de contacts maillée hybride p-GaN/p-AlGaN comme le montre la figure 5a. La hauteur et le diamètre de la nanotige p-GaN sont respectivement fixés à 100 nm et 250 nm. La hauteur de nanotige p-AlGaN (H ) est une variable dans ce cas. Les LEE pour différentes LED DUV en termes d'espacement des nanotiges sont indiqués sur la figure 5b, pour laquelle nous définissons les valeurs de H à 0 nm, 25 nm, 75 nm et 100 nm. On peut constater que les LEE pour les LED DUV avec divers nanotiges p-AlGaN élevées sont plus grandes que celles sans nanotiges p-AlGaN (H =0 nm). Et les LEE pour les LED DUV sont moins influencés par la hauteur de nanotige p-AlGaN si H n'est pas 0 nm. L'encart de la figure 5b montre la réflectivité normale en termes d'espacement des nanotiges pour la structure hybride, et nous pouvons voir que la hauteur des nanotiges p-AlGaN a un impact négligeable sur la réflectivité. Par conséquent, l'effet de diffusion est simplement renforcé par les nanotiges de p-AlGaN, ce qui conduit donc à l'amélioration du LEE. Les diagrammes de rayonnement en champ lointain pour les LED DUV avec des nanotiges p-AlGaN de 75 nm et 0 nm de haut lorsque l'espacement des nanotiges est de 125  nm sont illustrés dans les Fig. 5c et d, respectivement. On peut observer que l'intensité du champ électrique des LED DUV avec des nanotiges de p-AlGaN de 75 nm de haut (voir Fig. 5c) est plus forte que celle des nanotiges de p-AlGaN de 0 nm de haut (voir Fig. 5d). La distribution du champ électrique pour les LED DUV avec des nanotiges de p-AlGaN de 75 nm de haut est plus grande que celle des nanotiges de p-AlGaN de 0 nm de haut, ce qui confirme que les nanotiges de p-AlGaN améliorent l'effet de diffusion de la lumière. La figure 5e démontre que le LEE polarisé TM est encore plus légèrement affecté par la hauteur du nanotige p-AlGaN.

un Schéma de vue latérale schématique pour LED DUV flip-chip avec contacts maillés hybrides p-GaN/p-AlGaN à base de nanotiges. b Les LEE pour la lumière polarisée TE en fonction de l'espacement des nanotiges et des hauteurs des nanotiges p-AlGaN sont fixés à 0, 25, 75 et 100  nm. Encart :réflectivité d'incidence normale pour LED DUV avec le p-GaN de 100 nm de haut et avec la hauteur de p-AlGaN de 0, 25, 75 et 100  nm en fonction de l'espacement des nanotiges. Diagrammes de rayonnement en champ lointain à un espacement de 125  nm avec une hauteur de p-AlGaN de c 75 nm et d 0 nm. e Les LEE pour la lumière polarisée TM en fonction de l'espacement des nanotiges et des hauteurs des nanotiges p-AlGaN sont réglés sur 0, 25, 75 et 100  nm

Notre analyse précédente montre que la lumière polarisée TM souffre toujours d'un LEE extrêmement faible. En conséquence, des méthodes seront proposées pour diffuser la lumière polarisée TM. À cette fin, nous proposons des nanotiges p-AlGaN avec des parois latérales inclinées, formant ainsi la structure de nanocônes tronqués p-AlGaN comme le montre la figure 6a. La hauteur des nanocônes tronqués p-AlGaN est fixée à 75 nm, et l'angle incliné est défini à α . Une amélioration notable de LEE pour la lumière polarisée TE et TM avec la diminution α peut être vu dans les Fig. 6b et c, respectivement. Pour l'angle incliné α =30°, il est impossible de définir une période plus petite car les nanocônes tronqués p-AlGaN ont été étroitement entassés lorsque l'espacement des nanotiges p-GaN est de 260 nm. Le plus grand LEE polarisé TE atteint 26% lorsque l'espacement est de 375 nm, et α est réglé sur 30°. Ce nombre est 1,44 fois plus grand que le dessin de la figure 5a. Il est plus intéressant de noter que par rapport à la structure de la figure 5a, le plus grand LEE à polarisation TM pour la conception de la figure 6a est de 12 % lorsque l'espacement est de 260  nm et α est réglé sur 30°, et ce nombre est augmenté de 10 fois. Par rapport à la LED DUV conventionnelle sans structures maillées, les LEE polarisés TE et TM peuvent être augmentés de plus de 5 fois et 24 fois en utilisant la conception de la figure 6a, respectivement. Ces résultats simulés indiquent que le nanocône tronqué p-AlGaN avec un angle d'inclinaison de 30° peut améliorer considérablement l'effet de diffusion de la lumière, en particulier pour la lumière polarisée TM.

un Diagramme schématique de vue latérale pour LED DUV à puce à bascule avec contacts hybrides nanotige p-GaN/p-AlGaN nanocône tronqué. LEE de lumière polarisée TE (b ) et de lumière polarisée TM (c ) en fonction de l'espacement des nanotiges pour les LED DUV, et les structures sont avec le p-GaN de 100 nm de haut et le p-AlGaN de 75 nm de haut (les angles d'inclinaison sont réglés sur 30°, 50°, 75° , et 90°)

Conclusions

En résumé, l'impact de diverses structures de contact maillées, y compris la nanotige p-GaN, la nanotige hybride p-GaN/p-AlGaN et la nanotige p-GaN/nanocône tronqué p-AlGaN sur le LEE pour les LED DUV est étudié en détail. Il est prouvé que l'absorption de la couche p-GaN et l'absorption du métal Al jouent un rôle principal dans le LEE pour les structures avec un espacement de nanotiges plus petit, tandis que la capacité de diffusion de la structure maillée contribue de manière prépondérante au LEE pour les structures avec un espacement de nanotiges plus grand. Il convient de noter que, malgré une amélioration très notable du LEE pour la lumière polarisée TE, ni la nanotige p-GaN ni la nanotige hybride p-GaN/p-AlGaN ne peuvent considérablement favoriser le LEE pour la lumière polarisée TM, ce qui est dû à le très mauvais effet de diffusion sur la lumière dans le plan. Par conséquent, nous proposons et prouvons en outre que le LEE pour la lumière polarisée TM peut être considérablement amélioré en combinant une nanotige p-GaN et un nanocône tronqué p-AlGaN, et l'angle d'inclinaison optimisé s'avère être de 30°. Par rapport à la LED DUV conventionnelle sans structure maillée, une amélioration de 24 fois dans le LEE polarisé TM peut ainsi être obtenue.

Abréviations

FDTD 3D :

Méthode tridimensionnelle du domaine temporel aux différences finies

DBR :

Réflecteur de Bragg distribué

LED DUV :

Diodes émettrices de lumière ultraviolette profonde

EQE :

Efficacité quantique externe

IQE :

Efficacité quantique interne

LEE :

Efficacité d'extraction de la lumière

MQW :

Puits quantiques multiples

ODR :

Réflecteur omnidirectionnel

PEC :

Parfait conducteur électrique

PML :

Couche parfaitement assortie

TE :

Transversale électrique

TIR :

Réflexion interne totale

TM :

Magnétique transversale