通过边缘发射加权的全域时域差分（FDTD）分析，研究了超小型蓝色GaN微LED中尺寸依赖性顶光提取现象以及有限数值孔径（finite-NA）条件下的光捕获特性

《Scientific Reports》：Size-dependent top extraction and finite-NA capture in ultra-small blue GaN micro-LEDs via peripheral-emission-weighted FDTD analysis

　　

摘要

用于近眼显示的超小型蓝色GaN微 LED（μLED）不仅需要高效的上表面光提取技术，还需要能够被有限数值孔径（NA）投影光学系统捕捉到的光输出。然而，在这种尺寸范围内，波光干涉、横向像素尺寸以及靠近边缘的发光不均匀性会共同影响提取的光功率及其角度分布，因此仅依靠上表面提取或单一光源的分析无法准确评估实际可用的出射光。为了解决这些问题，并在实际收集条件下直接评估超小型像素范围内有限NA捕捉到的光输出，我们对超小型蓝色GaN μLED的光提取特性进行了基于周边发射加权的时域有限差分（FDTD）分析。该方法非相干地结合了代表性的偶极子位置和极性，并引入了与半径相关的周边权重因子，以有效考虑侧壁效应导致的周边辐射贡献减少。对于像素半径在2.0至2.8微米之间的圆形GaN μLED，我们研究了p型GaN层的厚度以及AlGaN电子阻挡层（EBL）的引入对上表面光提取效率、角度发射以及有限NA下光输出的影响。模拟结果表明，p型侧堆栈结构的改变会导致提取行为呈现非单调性，并以与半径相关的形式改变最佳厚度窗口；而有限NA指标揭示了仅通过上表面提取效率无法捕捉到的实际可收集光输出的变化。这项工作提供了一个计算效率高的FDTD框架，用于评估p型侧堆栈设计和像素尺寸如何影响超小型蓝色μLED的上表面提取效果、有限NA下的光输出，以及它们对周边发射减少的敏感性。