白光發(fā)光二極管的理論和實驗研究.pdf

1、白光二極管（LED：Light Emitting Diode）具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等眾多優(yōu)點，被公認為替代現(xiàn)有照明光源的新一代光源。但是由于量子阱材料銦鎵氮（InGaN：Indium Gallium Nitride）生長質(zhì)量較差、光提取效率低等眾多原因，白光LED的功率仍未達到照明光源的要求。而高In組分、長波長銦鎵氮/氮化鎵（GaN：Gallium Nitride）量子阱的生長困難也限制了新型無熒光粉多量子阱白光LED的實現(xiàn)

2、。
　　 本論文在國家自然科學基金和法國科學院IEF研究所項目的支持下，對如何提高白光LED的效率及如何實現(xiàn)新型的無熒光粉多量子阱白光LED展開了理論和實驗研究，主要獲得以下研究成果：
　　 (1)提出了一種多層掩埋光子晶體LED結(jié)構(gòu)，三維時域有限差分法計算表明這種結(jié)構(gòu)可以大大加強LED的正面出光功率。計算表明多層掩埋光子晶體是一般LED的正面光輸出功率的三倍，而同時采用表面光子晶體和多層掩埋光子晶體的LED的光輸出功

3、率是一般LED的正面光輸出功率的五倍。
　　 (2)實驗生長實現(xiàn)了一種基于應變緩沖層的白光LED。這種白光LED由應變緩沖層、短波長有源區(qū)和長波長有源區(qū)構(gòu)成，其中應變緩沖層生長于長波長有源區(qū)之下。應變緩沖層使長波長有源區(qū)的發(fā)光波長得以延長，增加了合成白光必須的長波長光，改善了白光LED的色調(diào)。文中對InGaN/GaN量子阱的金屬有機化學氣相沉積法（MOCVD：MetAlOrganic ChemicAlVapour Deposi

4、tion）生長參數(shù)進行了優(yōu)化，研究了不同結(jié)構(gòu)的應變緩沖對LED發(fā)光性質(zhì)的影響。同時對LED的量子阱參數(shù)進行了理論研究。
　　 (3)實驗生長實現(xiàn)了一種基于鋁鎵氮（AlGaN：Aluminium Gallium Nitride）/氮化鎵布拉格反射器（DBR：Diffraction Bragg Reflector）的白光LED。這種白光LED在有源區(qū)下方生長了峰值波長位于LED的長波長發(fā)光區(qū)域的DBR。DBR的反射作用加強了LED

5、的長波長輸出功率，加大了白光LED中長波長和短波長的光功率比例，有效的改善了白光LED的性能。文中從理論上設(shè)計了AlGaN/GaN DBR，并從實驗上優(yōu)化了DBR的MOCVD生長參數(shù)。
　　 (4)設(shè)計了兩種對導波模具有完全禁帶的二維平板光子晶體結(jié)構(gòu)，并進行了部分實驗。一般的光子晶體只對TE?；騎M模具有禁帶，若將這種具有完全禁帶的光子晶體應用于LED，可大大提高LED的光提取效率。首先通過二維頻域計算設(shè)計了二維平板光子晶體的