复周期光子晶体对LED出光效率影响的研究

发布时间：2020-09-08 11:19

　　发光二极管(LED)是一种可以直接通过电光转换而进行发光的器件,被称为第四代照明光源,具有节能、环保、安全、体积小、寿命长和低功耗等特点。但是目前LED的出光效率依然较低,严重制约了LED的应用与发展。因此,如何提高LED的出光效率成为了国内外研究的热点。本文主要从光子晶体入手,研究光子晶体的禁带特性,再引入复周期光子晶体,研究复周期光子晶体LED。利用设计不同的复周期光子晶体结构来提高GaN基LED的出光效率,研究了复周期光子晶体各结构参数对LED出光效率的影响。主要研究内容如下:首先,研究光子晶体周期性及其晶格类型对其光学禁带宽度的影响机理。通过平面波展开法计算不同介质柱半径所对应的禁带图并计算其禁带宽度。研究结果表明:三角排列的单、复周期光子晶体的禁带宽度都大于正方排列的结构;复周期光子晶体的禁带宽度比单周期光子晶体禁带宽度要宽,因为复周期结构降低了原单周期结构的对称性,从而提高了光子禁带宽度。其次,研究了复周期光子晶体微结构对LED出光效率的影响规律,研究了半椭球型和半球型微结构复周期光子晶体对LED出光效率的影响。研究表明:与半椭球型微结构相比,半球型微结构复周期光子晶体更有利于提高LED的出光效率。最后,基于时域有限差分法优化了半球型微结构复周期光子晶体的结构参数,得到最优的LED出光效率。在半球型微结构复周期光子晶体中模拟了ZnO、GaN和SiC三种材料,研究结果表明:GaN材料的半球型微结构复周期光子晶体比其他两种材料的有更好的出光效率,且当GaN材料的半球型微结构复周期光子晶体晶格常数a为1.45μm,大半球半径R为0.6μm,小半球半径r为0.18μm时,出光效率达到27.32%。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN312.8
【部分图文】：

出光效率,光输出,发光效率,工作电流

化也收获了满意的结果。特别是在研究工作者将光子晶，发现 LED 出光效率得到明显地提升，至此，全球学者次火热起来。 LED 发展历程 LED 80 年代时，GaN 基 LED 就己经成功被制备出来了，但出 P 型掺杂的 GaN，只能采用 MIS 结构来制备 LED 结 LED。具有 MIS 结构的 LED 的发光峰值所对应的波长约 68 nm，在工作电压 7.5V，工作电流 10 mA 下的光输出于其他结构的LED具有较长的使用寿命，但其发光效率-0.11%[13]。

复周期光子晶体对LED出光效率影响的研究

PN结LED结构

同质结,双异质结

图 1.3 同质结 LED 结构[15]Fig.1.3 Homogeneous junction LED structure. LED InGaN 的禁带宽度在 1.92-3.3 eV 之间，可作为 GaN 膜被制备出来后，双异质结技术完成了突破术后，双异质结 LED 发展迅速。1992 年，NakN/n-InGaN/n-GaN 的双异质结蓝色 LED，该峰值20 mA 电流时，测得输出功率只有 124 μW，但是所以其工作电压高，外量子效率低，仅 0.21%左

【参考文献】