摘要：為解決光子在半導體和空氣界面處的全反射導致的GaN基發(fā)光二極管外量子效率低下的問題,基于雙光柵GaN基發(fā)光二極管芯片模型的基本構(gòu)成,利用蒙特卡羅算法及波動方程理論進行模擬,分析了光子的主要損耗對出光效率的影響.通過數(shù)值計算模擬,計算了不同光柵槽深、周期及吸收系數(shù)對發(fā)光二極管光提取效率的動態(tài)影響,結(jié)果表明:光提取效率曲線隨反射光柵槽深的增大呈余弦周期性變化,與光柵衍射效率與槽深之間的關(guān)系是一致的;光提取效率在光柵間距為介質(zhì)中光波長附近時達到最大,隨著周期的增大或減小而減小;雙光柵GaN基發(fā)光二極管受GaN吸收系數(shù)影響比傳統(tǒng)GaN基發(fā)光二極管明顯,吸收系數(shù)越小,光提取效率越高.透射光柵槽深為350nm,周期為300nm,反射光柵槽深為230nm,周期為250nm,GaN吸收系數(shù)為0時能獲得最大光提取效率為67%.而傳統(tǒng)平板型GaN基發(fā)光二極管,模擬得到的光提取效率只有18.5%,添加雙光柵結(jié)構(gòu)后的GaN基發(fā)光二極管,可以提高光提取效率3倍以上.結(jié)合提高晶體質(zhì)量,降低GaN吸收系數(shù)能更有效提高光提取效率。

　　在世界能源普遍缺乏和綠色環(huán)保觀念日益增強的今天，發(fā)光二極管(Lighting Emitting Diode ，LED)成為最受關(guān)注的光源之一.其中，GaN 基LED作為藍光照明材料，其優(yōu)勢尤其明顯：GaN 基LED不但可以作為白光LED 的激發(fā)光源，而且可以作為液晶顯示的背光源、大幅廣告和夜景光源等，在交通指示、戶外照明及全色顯示等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用[1].但是，目前GaN 基LED 亮度還不能完全滿足用戶需要，其主要原因之一是器件的內(nèi)量子效率和光提取效率不高，導致外量子效率較低.內(nèi)量子效率不高是由于GaN 材料與襯底的晶格失配和熱失配，外延層結(jié)構(gòu)及散熱引起的[23]，光提取效率低主要是由于LED 材料與外界材料的折射率相差很大，存在界面全反射作用.有源層發(fā)射的大部分光在界面被反射回來，形成波導光被困在器件內(nèi)部，經(jīng)過多次反射最終被半導體吸收，轉(zhuǎn)化為熱能.這不但造成了能量的大量損耗，而且由于LED 經(jīng)常工作在高溫狀態(tài)，也使得LED 的使用壽命縮短。

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