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，已經被廣泛用于社會生活的各個領域。氮化鎵基的發(fā)光二極管可以作為白光照明的光源，隨著相關技術不斷發(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受制于全內反射、菲涅爾效應等影響，發(fā)光效率較低。隨著納米技術的發(fā)展，在納米尺度對LED結構進行優(yōu)化，已經在理論和實驗上被初步證實為行之有效地方法。
　　 近年來，光子晶體技術與表面等離激元技術

2、成為納米光學領域的研究熱點，利用這兩種技術來提高LED的發(fā)光效率也得到了很多研究者的關注。在LED中制作光子晶體結構，通過這種周期性結構產生的倒晶格矢量，可以將光子晶體層中的波導模式轉化為輻射模式，從而可以提高LED的提取效率。在LED中添加金屬結構，則可以利用其產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，達到提高內量子效率的效果。
　　 本文結合周期性結構與金屬表面等離激元技術，提岀在LED的量子阱附近嵌

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

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生的各種表面等離激元模式之間的相互作用，驗證了該結構對增強自發(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構對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與

5、厚度，分別計算了各種參數下該結構的光提取效率值，從而發(fā)現該結構在內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構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)現采用在有源層上方嵌入納米銀盤陣列結構在提高LED發(fā)光效率方面表現出良好的應用前景，論文為利用