纳米结构光子晶体提高LED出光效率的研究
本文关键词：纳米压印光刻技术原理与实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。
《上海交通大学》 2009年
纳米结构光子晶体提高LED出光效率的研究
殷子豪
【摘要】： 发光二极管LED使用寿命长、光电转换效能高、制作生产过程简单,是一种广泛应用于光电子领域的低成本低功耗长寿命固态光源。但是,半导体发光二极管要作为照明光源,仍存在发光效率上的障碍。这是由于LED有源层的半导体材料相比空气为高折射率介质,光在LED介质与空气的界面会发生全反射[1],大部分光不仅不能从LED中发射出来,而且被金属触点、基底或有源层吸收,会产生热能或引起电子与空穴的无辐射复合,导致出光效率受到很大的限制[2]。发光二极管(LED)的出光效率可以通过表面覆层光子晶体来提高。应用光子晶体(PCs)的光子能带理论和光子晶体等效折射率理论,PCs的带隙结构能大大提高LED的出光效率,因此,这一方面的研究成为了近年来的热点[3]。 本文首先对LED发光原理,光子晶体的基本概念以及应用发展前景进行了介绍,并对研究光子晶体的理论方法做了探讨。利用光子晶体能带理论、等效介质理论分析了光子晶体结构增透机理,研究了参数设计方法。通过建立表面覆盖ITO层的六角排列圆形光子晶体模型,用FDTD方法研究了占空比、周期、高度参数对出光效率的影响。计算该结构参数的光子晶体的LED出光效率,结果表明,加入ITO层的光子晶体能提高GaN基蓝光LED出光效率2倍,本文的设计方法思路也为光子晶体设计提供了依据。 针对LED生产制造过程,分别分析了两种光子晶体结构设计:在ITO上的GaN六角排列圆形光子晶体结构以及ITO上的空气孔六角排列圆形光子晶体结构。 模拟结果显示,这两种结构能提高LED出光效率。通过调整光子晶体晶格常数、占空比、高度等结构参数,研究了光子晶体出光效率的结构参数最优化设计方案。ITO层上GaN光子晶体对出光效率增强约为2倍,而ITO层上空气六角排列圆形光子晶体结构出光效率的提高可达6倍。
【关键词】：
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TN312.8
【目录】：
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