基于表面等离激元增强效应的高效蓝光LED研究

发布时间：2023-04-14 19:37

　　随着资源匮乏、环境恶化问题的日益严重,节约资源、保护环境已成为我国经济保持持续发展的必然选择。半导体发光二极管(Light Emitting Diode,LED)因其绿色环保、寿命长、效率高、速度快、可靠性强等传统光源不及的优势而倍受青睐,并广泛应用于照明、显示、通信等领域。但是,由于Ⅲ族氮化物LED材料固有属性与制作工艺的不足,现阶段LED的发光性能并不理想,在性能方面仍存在巨大的提升空间。文章提出利用表面等离激元的增强效应来提高LED的发光性能,采用金属/介质纳米结构与表面等离激元技术相结合的方式,具有一定的现实和理论指导意义。全文主要研究内容包括:(1)对LED的发光性能与研究现状进行分析,讨论了目前LED发光效率不高的原因,具体介绍了现阶段提高LED光提取效率的几种可行方案,并对其基本原理及优缺点进行说明,随后对表面等离激元LED的研究进展及应用领域进行介绍。(2)以p-n结为理论模型,主要介绍LED的基本原理,辐射复合和非辐射复合,LED的光逃逸圆锥模型以及量子效率,着重介绍了表面等离激元的概念、基本性质、激发方式以及表面等离激元与LED量子阱的耦合机制。(3)LED器件模型...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 提高LED光提取效率的方法
    1.3 表面等离激元LED的研究现状
    1.4 表面等离激元LED的应用领域
    1.5 表面等离激元LED的研究难点
    1.6 本文研究内容及结构安排
第2章 LED与SPs的基本理论研究
    2.1 LED的基本理论
        2.1.1 p-n结与LED发光原理
        2.1.2 辐射复合与非辐射复合
        2.1.3 光逃逸圆锥
        2.1.4 LED量子效率
    2.2 表面等离激元的基本理论
        2.2.1 表面等离激元的分类
        2.2.2 表面等离激元的色散关系
        2.2.3 表面等离激元的激发方式
    2.3 表面等离激元与量子阱的耦合机制
    2.4 本章小结
第3章 数值计算方法及色散模型
    3.1 数值计算方法
        3.1.1 有限元法介绍
        3.1.2 COMSOL Multiphysics软件介绍
    3.2 金属色散模型
    3.3 本章小结
第4章 SPs增强型LED模型的材料选择与结构设计
    4.1 引言
    4.2 LED模型的材料选择
        4.2.1 金属材料选择
        4.2.2 过渡层材料选择
    4.3 LED模型的结构选择
        4.3.1 金属纳米结构的选择
        4.3.2 Ga N结构的选择
    4.4 LED模型的结构设计
    4.5 本章小结
第5章 SPs增强型LED的参数优化与特性分析
    5.1 引言
    5.2 SPS增强LED的发光原理
        5.2.1 LED内量子效率的增强
        5.2.2 LED外量子效率的增强
    5.3 结构参数优化
        5.3.1 银膜厚度优化
        5.3.2 光栅周期优化
        5.3.3 光栅占空比优化
        5.3.4 ITO缓冲层厚度优化
    5.4 表面等离激元增强型LED特性分析
        5.4.1 SPP模式分析
        5.4.2 Purcell效应分析
        5.4.3 归一化辐射/吸收功率
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：3790744