本文關(guān)鍵詞：納米壓印光刻技術(shù)原理與實驗研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《上海交通大學》 2009年

納米結(jié)構(gòu)光子晶體提高LED出光效率的研究

殷子豪  

【摘要】： 發(fā)光二極管LED使用壽命長、光電轉(zhuǎn)換效能高、制作生產(chǎn)過程簡單,是一種廣泛應用于光電子領(lǐng)域的低成本低功耗長壽命固態(tài)光源。但是,半導體發(fā)光二極管要作為照明光源,仍存在發(fā)光效率上的障礙。這是由于LED有源層的半導體材料相比空氣為高折射率介質(zhì),光在LED介質(zhì)與空氣的界面會發(fā)生全反射[1],大部分光不僅不能從LED中發(fā)射出來,而且被金屬觸點、基底或有源層吸收,會產(chǎn)生熱能或引起電子與空穴的無輻射復合,導致出光效率受到很大的限制[2]。發(fā)光二極管(LED)的出光效率可以通過表面覆層光子晶體來提高。應用光子晶體(PCs)的光子能帶理論和光子晶體等效折射率理論,PCs的帶隙結(jié)構(gòu)能大大提高LED的出光效率,因此,這一方面的研究成為了近年來的熱點[3]。 本文首先對LED發(fā)光原理,光子晶體的基本概念以及應用發(fā)展前景進行了介紹,并對研究光子晶體的理論方法做了探討。利用光子晶體能帶理論、等效介質(zhì)理論分析了光子晶體結(jié)構(gòu)增透機理,研究了參數(shù)設計方法。通過建立表面覆蓋ITO層的六角排列圓形光子晶體模型,用FDTD方法研究了占空比、周期、高度參數(shù)對出光效率的影響。計算該結(jié)構(gòu)參數(shù)的光子晶體的LED出光效率,結(jié)果表明,加入ITO層的光子晶體能提高GaN基藍光LED出光效率2倍,本文的設計方法思路也為光子晶體設計提供了依據(jù)。 針對LED生產(chǎn)制造過程,分別分析了兩種光子晶體結(jié)構(gòu)設計:在ITO上的GaN六角排列圓形光子晶體結(jié)構(gòu)以及ITO上的空氣孔六角排列圓形光子晶體結(jié)構(gòu)。 模擬結(jié)果顯示,這兩種結(jié)構(gòu)能提高LED出光效率。通過調(diào)整光子晶體晶格常數(shù)、占空比、高度等結(jié)構(gòu)參數(shù),研究了光子晶體出光效率的結(jié)構(gòu)參數(shù)最優(yōu)化設計方案。ITO層上GaN光子晶體對出光效率增強約為2倍,而ITO層上空氣六角排列圓形光子晶體結(jié)構(gòu)出光效率的提高可達6倍。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TN312.8
【目錄】：

摘要5-7

Abstract7-11

1 緒論11-20

1.1 引言11

1.2 LED 及光損失機理11-14

1.3 光子晶體及研究現(xiàn)狀14-18

1.3.1 光子晶體概念14-15

1.3.2 光子晶體結(jié)構(gòu)15-16

1.3.3 光子晶體的制備16-17

1.3.3.1 全息法制造光子晶體結(jié)構(gòu)及應用16

1.3.3.2 逐層疊加法16-17

1.3.3.3 自組裝法17

1.3.4 光子晶體及在LED 中的應用17-18

1.4 本論文的主要工作18-20

1.4.1 論文研究主要難點18

1.4.2 研究內(nèi)容及方法18-20

2 光子晶體理論及相關(guān)模擬研究方法20-34

2.1 光子晶體相關(guān)理論20-25

2.1.1 光子晶體的能帶理論及禁帶效應20-24

2.1.2 薄膜理論24-25

2.2 光子晶體提高LED 發(fā)光效率25-28

2.3 光子晶體研究相關(guān)模擬研究方法28-33

2.3.1 平面波展開法28-29

2.3.2 傳輸矩陣方法29

2.3.3 多重散射法29

2.3.4 時域有限差分（FDTD）方法29-33

2.3.5 N 階法及其他數(shù)值研究方法33

2.4 本章小結(jié)33-34

3 平面光子晶體結(jié)構(gòu)設計34-52

3.1 平板光子晶體參數(shù)設計方法34-35

3.2 平板光子晶體模型參數(shù)設計35-36

3.3 能帶分析36-42

3.4 FDTD 方法模擬環(huán)境設置42-51

3.5 本章小結(jié)51-52

4 LED 出光增強的光子晶體結(jié)構(gòu)設計52-68

4.1 ITO 層上空氣光子晶體參數(shù)設計54-56

4.2 FDTD 方法驗證及分析56-61

4.3 P-GAN 層上光子晶體參數(shù)設計61-64

4.4 FDTD 方法模擬及驗證64-67

4.5 本章小結(jié)67-68

5 總結(jié)與展望68-70

5.1 全文總結(jié)68

5.2 研究展望68-70

6 參考文獻70-75

7 致謝75-76

8 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文76-77

9 附錄77-82

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【引證文獻】

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本文編號：199419