GaN基光子晶体LED的制备与性能研究

发布时间：2020-11-08 14:54

　　 可见光通信具有保密性好、传输速率高、无电磁辐射、环保安全等优点,可以作为缓解频谱资源紧缺的一种通信方案,是目前研究的前沿技术和热点。GaN基LED芯片是可见光通信的关键器件,在照明领域已实现商业化。商用LED芯片狭窄的带宽限制了可见光通信系统的整体带宽。光子晶体结构能影响光子寿命和光子在空间传播的行为,进而改变LED芯片的带宽和光萃取效率。因此研究光子晶体LED具有重要的意义。论文采用FDTD Solutions软件详细研究了光子晶体正装LED和光子晶体倒装LED的Purcell因子和光萃取效率。通过优化光子晶体的周期、占空比和高度等参数,提高了LED芯片的Purcell因子和光萃取效率。仿真结果表明:光子晶体正装LED的Purcell因子和光萃取效率呈现反相关的变化趋势,而光子晶体倒装LED的Purcell因子和光萃取效率呈现正相关的变化趋势;光子晶体倒装LED在周期400nm,占空比0.3,光子晶体高度400nm时Purcell因子达到1.81,比平片提高37%,光萃取效率为68%,比平片提高32.3%;与正装结构相比,倒装结构光子晶体对芯片光萃取效率和Purcell因子的提升更明显。采用纳米压印技术制备出周期400nm-800nm的光子晶体LED芯片,并进行了荧光寿命测试和拉曼测试,其形貌较好,图案分布均匀,刻蚀深度均匀,讨论了光子晶体结构对光子寿命和应力的影响。测试结果表明:拉曼散射谱显示各个周期的光子晶体LED的拉曼谱峰值都比平片高,InGaN材料模信号峰位的移动表明光子晶体结构使得外延层的应力得到一定释放;荧光寿命测试发现,刻蚀光子晶体结构的样品光子寿命明显减小,Purcell因子明显增大,与仿真结果趋势一致。其中周期400nm四方排列的光子晶体LED最优,其光子寿命仅0.621ns。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.1;O734
【部分图文】：

降低 LED 的流明效率[35]。因此可以减小载流子的辐射复合提高 LED 芯片的带宽。 LED构通过改变光子周围环境提高载流子自发辐射速率。由于在 InG较困难，谐振腔 LED 的研究不多。2013 年 Moudakir 等[21]在外延lGaNDBR 层，然后在 pGaN 顶部做Si O Z rODBR 层，使两减小了载流子自发辐射寿命，增大了带宽。当输入电流 20mA 图 1-1，Tsai 等[19]在普通蓝光 LED 底部蓝宝石面蒸镀一层银镜 S iODBR 反射层，使两层之间形成一个光学谐振腔。得到 1为 100Mbit/s。但由于荧光粉转换速率低，导致白光的传输速率仅题组[20]改用两层 DBR 反射层，得到数据传输速率 100Mbit/s 。

第二章 光子晶体 LED 的 Purcell 效应和光萃取效率研究阱的辐射光从可见光到近红外波段主要是 TE（Tran设置为 TE 模的偶极子光源[54]。偶极子光源如图 2，光源波长选择蓝光波段的 460nm，七个功率监视器边界条件为常用的完美匹配层 PML（Perfectlymatcmesh refinement 选择 conformal variant 1，mesh 最样放置在 n-GaN 层内部以忽略其产生的腔体效应[55

华南理工大学硕士学位论文厚度在 20nm 左右较优，p-GaN 层厚度在 110nm、200nm 值取得较优值，且呈现震荡衰减趋势，ITO 层厚度小于 20nm、230nm 左右取得峰值点。可以观察到，Purcell 因子化，震荡周期与材料中的半波长相一致[55]。各层材料对趋势相反，这与文章[34]中的结果相一致。当 ITO 厚度为 1光萃取效率为 16%。从图 2-2（d）可明显看出，随着 IT明显下降，这与 ITO 的透过率有关。材料越厚，光通过的之间的反射折射越多，进而导致光子更难从材料中出来折射率差，导致出光角度很小，使得光子未得到有效利，增大出光角，提高光萃取效率和 Purcell 因子。
【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 彭静;徐智谋;吴小峰;孙堂友;;纳米压印技术制备表面光子晶体LED的研究[J];物理学报;2013年03期

相关博士学位论文 前1条

1 张满;基于纳米压印技术的微纳结构制备与应用研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2016年

本文编号：2874936