孙少娇 ，牛萍娟 ，邢海英

（1.天津工业大学电子与信息工程学院，天津 300387；2.天津工业大学电气工程与自动化学院，天津 300387；3.天津工业大学半导体照明工程研发中心，天津 300387；4.天津工业大学大功率半导体照明应用系统教育部工程研究中心，天津 300387）

作为新一代环保型固态光源，GaN基LED已成为人们关注的焦点.与传统光源相比，LED具有寿命长、功耗低、显色指数好、响应速度快等优点，但LED的发光效率低一直是阻碍其发展的主要技术瓶颈[1].目前有很多方法用于提高LED的发光效率，其中表面粗化是最早也是最有效的提高LED发光效率的方法.但是表面粗化的结构相对复杂而且多样化，盲目地进行实际操作会使制造成本耗资巨大.本文利用软件模拟各种粗化方式并计算发光效率的改善效果，一方面使实验成本大大降低，另一方面也会对各种粗化效果有一个统一的认识和比较[2]，其设计与模拟结果对提高GaN基LED的发光效率具有一定的参考价值和指导意义.

1 表面微元粗化改善光效的原理

光由光密介质进入到光疏介质，当光的入射角θ增加到一定值时，入射光会全部被反射回入射介质，这种现象叫做光的全反射.发生全反射时光的入射角θc称为临界角.临界角θc由Snell定律[3]给出:

式中:ne为光疏介质的折射率；ns为光密介质的折射率.

GaN和空气的折射率分别是2.5和1，由定律计算得到从LED活性区产生的光能够传播出去的临界角约为23°.从活性区所发射的光线在到达半导体与周围……