We report an efficient light-extraction scheme employing the hierarchical structure, p-GaN microdomes/SiO2 nanorods (NRs), on GaN light-emitting diodes (LEDs). Compared with the flat LED, the LEDs with hierarchical surfaces exhibits a light-output improvement of 36.8%. The considerable enhancement in light-extraction efficiency is attributed to the multiple tilted surfaces of microdomes and the graded refractive indexes provided by the SiO2 NRs, reducing total internal reflection and Fresnel reflection. The enhanced optical performances are supported by the finite-difference time-domain analysis. Advances in light extraction scheme employing hierarchical structures demonstrated here pave the way to solid-state lighting technology.
REFERENCES
1.
C. C.
Sun
, I.
Moreno
, S. H.
Chung
, W. T.
Chien
, C. T.
Hsieh
, and T. H.
Yang
, J. Soc. Inf. Disp.
16
, 519
(2008
).2.
“
Light emitting diodes
,” in Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology
, edited by E. F.
Schubert
, T.
Gessmann
, and J. K.
Kim
(John Wiley & Sons, Inc.
, Hoboken, New Jersey
, 2005
).3.
T. X.
Lee
, K. F.
Gao
, W. T.
Chien
, and C. C.
Sun
, Opt. Express
15
, 6670
(2007
).4.
J. K.
Kim
, S.
Chhajed
, M. F.
Schubert
, E. F.
Schubert
, A. J.
Fischer
, M. H.
Crawford
, J.
Cho
, H.
Kim
, and C.
Sone
, Adv. Mater.
20
, 801
(2008
).5.
J. K.
Kim
, A. N.
Noemaun
, F. W.
Mont
, D.
Meyaard
, E. F.
Schubert
, D. J.
Poxson
, H.
Kim
, C.
Sone
, and Y.
Park
, Appl. Phys. Lett.
93
, 221111
(2008
).6.
L. J.
Yan
, J. K.
Sheu
, W. C.
Wen
, T. F.
Liao
, M. J.
Tsai
, and C. S.
Chang
, IEEE Photonics Technol. Lett.
20
, 1724
(2008
).7.
Y. K.
Ee
, R. A.
Arif
, N.
Tansu
, P.
Kumnorkaew
, and J. F.
Gilchrist
, Appl. Phys. Lett.
91
, 221107
(2007
).8.
Y. K.
Ee
, P.
Kumnorkaew
, R. A.
Arif
, H.
Tong
, J. F.
Gilchrist
, and N.
Tansu
, Opt. Express
17
, 13747
(2009
).9.
T. H.
Hseuh
, T. C.
Lu
, H. C.
Kuo
, S. C.
Wang
, and C. C.
Yu
, Nanotechnology
16
, 1844
(2005
).10.
J.
Zhong
, H.
Chen
, G.
Saraf
, Y.
Lu
, C. K.
Choi
, J. J.
Song
, D. M.
Mackie
, and H.
Shen
, Appl. Phys. Lett.
90
, 203515
(2007
).11.
S. J.
Wang
, P. R.
Wang
, D. M.
Kuo
, H. R.
Kuo
, and J. S.
Kuo
, Appl. Phys. Lett.
99
, 131111
(2011
).12.
T.
Fujii
, Y.
Gao
, R.
Sharma
, E. L.
Hu
, S. P.
DenBaars
, and S.
Nakamura
, Appl. Phys. Lett.
84
, 855
(2004
).13.
M. Y.
Ke
, C. Y.
Wang
, L. Y.
Chen
, H. H.
Chen
, H. L.
Chiang
, Y. W.
Cheng
, M. Y.
Hsieh
, C. P.
Chen
, and J. J.
Huang
, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
15
, 1242
(2009
).14.
S.
Chhajed
, W.
Lee
, J.
Cho
, E. F.
Schubert
, and J. K.
Kim
, Appl. Phys. Lett.
98
, 071102
(2011
).15.
Z. Y.
Fan
, R.
Kapadia
, P. W.
Leu
, X.
Zhang
, Y. L.
Chueh
, K.
Takei
, K.
Yu
, A.
Jamshidi
, A. A.
Rathore
, D. J.
Ruebusch
, M.
Wu
, and A.
Javey
, Nano Lett.
10
, 3823
(2010
).16.
W. R.
Wei
, M. L.
Tsai
, S. T.
Ho
, S. H.
Tai
, C. R.
Ho
, S. H.
Tsai
, C. W.
Liu
, R. J.
Chung
, and J. H.
He
, Nano Lett.
13
, 3658
(2013
).17.
C. H.
Ho
, D. H.
Lien
, H. C.
Chang
, C. A.
Lin
, C. F.
Kang
, M. K.
Hsing
, K. Y.
Lai
, and J. H.
He
, Nanoscale
4
, 7346
(2012
).18.
J. Y.
Cho
, K. J.
Byeon
, H.
Park
, J.
Kim
, H. S.
Kim
, and H.
Lee
, Nanoscale Res. Lett.
6
, 578
(2011
).19.
P. C.
Tsai
, W. R.
Chen
, Y. K.
Su
, and C. Y.
Huang
, Appl. Surf. Sci.
256
, 6694
(2010
).20.
C. H.
Liu
, R. W.
Chuang
, S. J.
Chang
, Y. K.
Su
, L. W.
Wu
, and C. C.
Lin
, Mater. Sci. Eng., B
112
, 10
(2004
).21.
L. K.
Yeh
, K. Y.
Lai
, G. J.
Lin
, P. H.
Fu
, H. C.
Chang
, C. A.
Lin
, and J. H.
He
, Adv. Energy Mater.
1
, 506
(2011
).22.
Y. R.
Lin
, K. Y.
Lai
, H. P.
Wang
, and J. H.
He
, Nanoscale
2
, 2765
(2010
).23.
J. Q.
Xi
, J. K.
Kim
, and E. F.
Schubert
, Nano Lett.
5
, 1385
(2005
).24.
J. Q.
Xi
, J. K.
Kim
, E. F.
Schubert
, D.
Ye
, T. M.
Lu
, and S. Y.
Lin
, Opt. Lett.
31
, 601
(2006
).25.
P.
Wang
, Z.
Gan
, and S.
Liu
, Opt. Laser Technol.
41
, 823
(2009
).26.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4824848 for details about the simulated structures and optical parameters.
27.
M. K.
Lee
, C. L.
Ho
, and P. C.
Chen
, IEEE Photonics Technol. Lett.
20
, 252
(2008
).© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.