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。

　　在世界能源普遍缺乏和绿色环保观念日益增强的今天，发光二极管(Lighting Emitting Diode ，LED)成为最受关注的光源之一.其中，GaN 基LED作为蓝光照明材料，其优势尤其明显：GaN 基LED不但可以作为白光LED 的激发光源，而且可以作为液晶显示的背光源、大幅广告和夜景光源等，在交通指示、户外照明及全色显示等领域也有着广泛的应用[1].但是，目前GaN 基LED 亮度还不能完全满足用户需要，其主要原因之一是器件的内量子效率和光提取效率不高，导致外量子效率较低.内量子效率不高是由于GaN 材料与衬底的晶格失配和热失配，外延层结构及散热引起的[23]，光提取效率低主要是由于LED 材料与外界材料的折射率相差很大，存在界面全反射作用.有源层发射的大部分光在界面被反射回来，形成波导光被困在器件内部，经过多次反射最终被半导体吸收，转化为热能.这不但造成了能量的大量损耗，而且由于LED 经常工作在高温状态，也使得LED 的使用寿命缩短。

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