利用納米銀盤陣列增強LED發(fā)光特性研究.pdf

1、發(fā)光二極管具有節(jié)能、體積小、可靠性高以及壽命長等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛用于社會生活的各個領(lǐng)域。氮化鎵基的發(fā)光二極管可以作為白光照明的光源，隨著相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展進步，很有希望替代傳統(tǒng)的照明光源，成為無公害且節(jié)能減排的綠色照明的最佳選擇。但傳統(tǒng)LED受制于全內(nèi)反射、菲涅爾效應(yīng)等影響，發(fā)光效率較低。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，在納米尺度對LED結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，已經(jīng)在理論和實驗上被初步證實為行之有效地方法。
　　 近年來，光子晶體技術(shù)與表面等離激元技術(shù)

2、成為納米光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點，利用這兩種技術(shù)來提高LED的發(fā)光效率也得到了很多研究者的關(guān)注。在LED中制作光子晶體結(jié)構(gòu)，通過這種周期性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的倒晶格矢量，可以將光子晶體層中的波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)化為輻射模式，從而可以提高LED的提取效率。在LED中添加金屬結(jié)構(gòu)，則可以利用其產(chǎn)生的表面等離激元與有源層的耦合，從而可以增強有源層的自發(fā)輻射率，達到提高內(nèi)量子效率的效果。
　　 本文結(jié)合周期性結(jié)構(gòu)與金屬表面等離激元技術(shù)，提岀在LED的量子阱附近嵌

3、入納米銀圓盤陣列結(jié)構(gòu)，通過計算機數(shù)值分析技術(shù)探究其對LED發(fā)光特性的影響，可以為高效率發(fā)光二極管的設(shè)計制作提供理論參考。本文的具體研究工作如下:
　　 1.結(jié)合擬合的修正Drude金屬色散模型，利用時域有限差分方法，實現(xiàn)對包含金屬結(jié)構(gòu)在內(nèi)的發(fā)光二極管進行電磁場數(shù)值模擬;
　　 2.設(shè)計了在LED有源層上方嵌入納米銀盤陣列結(jié)構(gòu)的模型，計算了銀納米圓盤陣列不同結(jié)構(gòu)參數(shù)情況下LED有源層自發(fā)輻射率變化倍數(shù)。通過對計算數(shù)據(jù)與近場

4、圖的分析，證實了在LED自發(fā)輻射率增強方面，銀盤排列的不同不會產(chǎn)生較大影響，銀盤厚度是影響自發(fā)輻射率增強的主要因素。另外，通過對單個銀盤和電偶極子源模型的近場進行進一步地詳細分析，在理論上闡明了在納米銀盤的影響下，電偶極子源與銀盤上產(chǎn)生的各種表面等離激元模式之間的相互作用，驗證了該結(jié)構(gòu)對增強自發(fā)輻射率的作用;
　　 3.計算并分析了嵌入在p-GaN中的納米銀盤陣列結(jié)構(gòu)對LED光提取效率的提高作用。通過變化銀納米盤陣列的晶格常數(shù)與

5、厚度，分別計算了各種參數(shù)下該結(jié)構(gòu)的光提取效率值，從而發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)在內(nèi)量子效率和光提取效率兩個方面同時具有增強作用。同時，對計算得到的近場圖進行分析，理論上解釋了銀納米粒子組成的陣列結(jié)構(gòu)所生成的柵格矢量可以補償表面等離激元的波矢量，從而可將局域化表面等離激元轉(zhuǎn)為輻射性表面等離激元，顯著提升LED頂端光提取效率。
　　 通過本文的研究，可以發(fā)現(xiàn)采用在有源層上方嵌入納米銀盤陣列結(jié)構(gòu)在提高LED發(fā)光效率方面表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，論文為利用