表面微結(jié)構(gòu)對GaN基LED光提取效率提高的研究.pdf

1、面臨愈發(fā)嚴(yán)峻的能源危機(jī)，世界各國紛紛采取了各種措施以實現(xiàn)節(jié)能減排，而光源作為能源消耗中的一個重要方面，尤其值得重視。LED具有使用壽命長、能量轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)速度快等眾多優(yōu)點，極具研究價值，LED的廣泛應(yīng)用將能夠極大的促進(jìn)節(jié)能減排的實施。在LED的性能指標(biāo)中，外量子效率是十分重要的一項，其又主要由兩個因素來決定，即內(nèi)量子效率和光提取效率?，F(xiàn)如今內(nèi)量子的效率已經(jīng)得到很大的提高，可達(dá)到80％以上。這種背景下，提高LED的光提取效率則成為當(dāng)務(wù)

2、之急，而對于光提取效率的各項研究也如火如荼的開展起來。
　　目前已經(jīng)涌現(xiàn)出多種對光提取效率進(jìn)行提高的方法，比如光子晶體技術(shù)、表面微結(jié)構(gòu)技術(shù)、芯片倒裝技術(shù)等等。其中表面微結(jié)構(gòu)的方法以其易實現(xiàn)、見效快的優(yōu)點，得到了廣泛關(guān)注，已經(jīng)有眾多的相關(guān)實驗相繼開展，并且取得了不少顯著的成果。但是當(dāng)前的研究絕大多數(shù)還偏向于實驗方向，而通過計算機(jī)仿真可以對實驗原理進(jìn)行探究，對實驗結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，能夠為實驗的開展節(jié)省大量的時間和材料。
　　另外，當(dāng)

3、前主流的計算機(jī)仿真方法有有限元法、時域有限差分法、射線追蹤法等，但不同的算法存在不同的優(yōu)缺點。針對于近幾年出現(xiàn)的較為復(fù)雜的LED表面微米納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，很難有有效的方法對其進(jìn)行仿真，因此迫切需要找到一種合理的解決方案。
　　本文的研究是以GaN基LED模型為仿真對象，基于FDTD算法通過對其表面微結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，得到不同的頂端納米陣列對LED光提取效率的影響，并對各參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的仿真優(yōu)化，力爭為實驗中高效率LED的制備提供理論指導(dǎo)。

4、另一方面，本文中也嘗試?yán)脮r域有限差分法和射線追蹤法相結(jié)合，探尋新的解決方案，對表面復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理有效的仿真。文章簡要介紹了LED發(fā)展歷史和發(fā)光原理等基礎(chǔ)知識，對當(dāng)前光提取效率較低的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。重點闡述了利用計算機(jī)仿真，對LED頂端納米陣列以及表面微米/納米復(fù)合陣列進(jìn)行的研究。本文完成的工作及獲得的成果如下:
　　1.利用FDTD算法對LED表面納米陣列進(jìn)行仿真和優(yōu)化，探究了表面納米陣列對LED光提取效率的影響。先后對LED

5、頂端ZnO納米柱陣列和納米錐陣列分別進(jìn)行了仿真，對兩種結(jié)構(gòu)的高度、周期、斜率等各項參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對其原理進(jìn)行了進(jìn)一步的分析。最終在此基礎(chǔ)上分別得到兩種模型的最優(yōu)參數(shù)，仿真結(jié)果表明，經(jīng)過結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的ZnO納米柱和納米錐結(jié)構(gòu)都會對發(fā)光二極管的光提取效率起到顯著的提高效果，雖然兩者的提高原理并不相同，但能夠達(dá)到的最佳提取效率相近。
　　2.解決當(dāng)前對于微米/納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的模型缺乏有效仿真方法的問題，以FDTD和射線追蹤法為基礎(chǔ)，利用