較低的光提取效率（LEE）是制約深紫外發光二極管（LED）快速發展的一個重要因素，傾斜側壁結構可以直接將橫向傳播的橫向磁場（TM）偏振光散射到c面逃逸錐，從而提高器件的LEE，因此該結構具有很大的發展潛力。但是各種研究得出的最佳傾斜側壁角度并不一致，其潛在的散射機制也并不明確。近期河北工業大學和廣東工業大學聯合設計了不同傾斜側壁角度的AlGaN基深紫外LED光學仿真模型，利用蒙特卡羅光線追蹤技術深入研究了深紫外LED芯片尺寸與最佳傾斜側壁角之間的關系，并且提出由于傾斜側壁的兩種散射機制，建議將最佳傾斜側壁角控制在25°-65°范圍內。圖1（a）-（c）分別展示了該仿真模型中臺面傾斜側壁上覆蓋有反射鏡的深紫外LED結構示意圖、橫向傳播的TM偏振光和縱向傳播的橫向電場（TE）偏振光的光線分布示意圖。

圖1（a）臺面傾斜側壁覆蓋有反射鏡的深紫外LED結構示意圖；（b）TM和（c）TE的光束傳播路徑。
從圖2（a）-（c）中可以看出臺面側壁的最佳傾斜角度隨著芯片尺寸的增加而減小。圖2（d）和圖2（e）展示了傾斜側壁角為46°、芯片尺寸為1μm和300μm時深紫外LED的遠場分布圖。通過對比圖2（d）-（f）可知，與具有傾斜側壁結構的大尺寸深紫外LED相比，小尺寸深紫外LED由于減少了散射長度和材料吸收，其芯片底部和側面的LEE均得到了大幅度提升。我們推測這是由于不同的散射機制導致了不同尺寸的深紫外LED具有的不同的最佳傾斜側壁角度。對于小尺寸的芯片而言，其內部產生的大多數光線直接被傾斜側壁散射，而對于大尺寸的芯片而言，大多數光線在被傾斜側壁散射之前在出光面進行全內反射。

圖2 不同尺寸的深紫外LED的（a）TM偏振光和（b）TE偏振光的光提取效率隨側壁傾斜角度的變化；（c）不同尺寸的深紫外LED的TM偏振光和TE偏振光的最佳傾斜側壁角度；器件尺寸分別為（d） 1 μm和（e） 300 μm的深紫外LED的遠場分布和（f）TM偏振光的底部和側面光提取效率與傾斜側壁角度的關系 。
為進一步對比說明上述不同器件尺寸產生的差異，我們在圖3（a）中示展示了兩種散射路徑的①和②以及逃逸錐分布的示意圖，并通過計算反射逃逸錐與傾斜側壁角之間的關系進一步揭示了傾斜側壁處產生的兩種散射機制以及其增強LEE的不同來源。如圖3（b）所示，可以發現散射路徑①與反射逃逸錐角范圍的最大重疊區域在55°~ 65°左右，而散射路徑②的最大重疊區域在25°~ 35°左右。因此，散射路徑①的最佳傾斜側壁角大于散射路徑②的最佳傾斜側壁角。所以當芯片尺寸增加時，主散射路徑逐漸由散射路徑①向散射路徑②轉移，導致最佳傾斜側壁角度減小。

圖3（a）傾斜側壁結構的逃逸錐和逃逸光路分布示意圖；（b）不同傾斜側壁角度對應的逃逸錐范圍和逃逸路徑。
為了進一步證實這一點，我們設計了一個排除散射路徑①的仿真模型，如圖4（a）所示。仿真模型包括一個11 × 11的微型LED陣列，其臺面尺寸為1 μm。只有中間位置的微型LED的臺面側壁設置為垂直型結構，其余的臺面側壁均設置為傾斜側壁結構。而且光源只放在中間的LED上。因此，光源發出的光不能被傾斜側壁直接反射，排除了散射路徑①。微型LED陣列的仿真結果如圖4（b）所示。所設計的微型LED陣列的最佳側壁傾斜角度為35°，這與之前的理論分析是一致的，即在具有傾斜側壁的LED中，兩種散射機制同時產生，最佳傾斜側壁角在25°到65°之間。

圖4（a）臺面為1μm 深紫外LED陣列結構示意圖；（b）單個深紫外LED和深紫外LED陣列的光提取效率隨傾斜側壁角度的變化。
該研究成果已被光學領域權威SCI期刊Optics Letters收錄，文章鏈接：https://doi.org/10.1364/OL.526100。

審核編輯 黃宇