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

《上海交通大學(xué)》 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(zhǎng)、光電轉(zhuǎn)換效能高、制作生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單,是一種廣泛應(yīng)用于光電子領(lǐng)域的低成本低功耗長(zhǎng)壽命固態(tài)光源。但是,半導(dǎo)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(dǎo)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(huì)發(fā)生全反射[1],大部分光不僅不能從LED中發(fā)射出來(lái),而且被金屬觸點(diǎn)、基底或有源層吸收,會(huì)產(chǎn)生熱能或引起電子與空穴的無(wú)輻射復(fù)合,導(dǎo)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(guò)表面覆層光子晶體來(lái)提高。應(yīng)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(lái)的熱點(diǎn)[3]。 本文首先對(duì)LED發(fā)光原理,光子晶體的基本概念以及應(yīng)用發(fā)展前景進(jìn)行了介紹,并對(duì)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(jī)理,研究了參數(shù)設(shè)計(jì)方法。通過(guò)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(duì)出光效率的影響。計(jì)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(lán)光LED出光效率2倍,本文的設(shè)計(jì)方法思路也為光子晶體設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。 針對(duì)LED生產(chǎn)制造過(guò)程,分別分析了兩種光子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):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(guò)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(shè)計(jì)方案。ITO層上GaN光子晶體對(duì)出光效率增強(qiáng)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(dá)6倍。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：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(jī)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(yīng)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(yīng)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(diǎn)18

1.4.2 研究?jī)?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(yīng)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(kāi)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(shí)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(shè)計(jì)34-52

3.1 平板光子晶體參數(shù)設(shè)計(jì)方法34-35

3.2 平板光子晶體模型參數(shù)設(shè)計(jì)35-36

3.3 能帶分析36-42

3.4 FDTD 方法模擬環(huán)境設(shè)置42-51

3.5 本章小結(jié)51-52

4 LED 出光增強(qiáng)的光子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52-68

4.1 ITO 層上空氣光子晶體參數(shù)設(shè)計(jì)54-56

4.2 FDTD 方法驗(yàn)證及分析56-61

4.3 P-GAN 層上光子晶體參數(shù)設(shè)計(jì)61-64

4.4 FDTD 方法模擬及驗(yàn)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(xiàn)70-75

7 致謝75-76

8 攻讀碩士學(xué)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(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 邱飛;利用納米壓印技術(shù)制備光子晶體LED的研究[D];華中科技大學(xué);2011年

2 楊?yuàn)W;基于多孔氧化鋁的納米壓印模板制備[D];華中科技大學(xué);2011年

【參考文獻(xiàn)】

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【共引文獻(xiàn)】

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

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7 陳俊波;梯度結(jié)構(gòu)膠體光子晶體及應(yīng)用研究[D];吉林大學(xué);2012年

【同被引文獻(xiàn)】

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3 李小麗;納米壓印技術(shù)制作光子晶體結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用研究[D];上海交通大學(xué);2009年

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4 任萬(wàn)春;基于多孔陽(yáng)極氧化鋁模板和紫外納米壓印的減反射膜制備技術(shù)[D];上海交通大學(xué);2008年

5 謝申奇;基于納米壓印技術(shù)的大面積高密度光柵的研制[D];復(fù)旦大學(xué);2008年

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【二級(jí)引證文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 吳小鋒;GaN基光子晶體LED的研究[D];華中科技大學(xué);2012年

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【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 隋文輝,章蓓,王大軍,欒峰,徐萬(wàn)勁,馬曉宇;用微結(jié)構(gòu)改進(jìn)InGaAlP量子阱發(fā)光二極管的出光強(qiáng)度[J];北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2003年03期

2 鄧彪;劉寶林;;側(cè)面粗化提高GaN基LED出光效率研究[J];半導(dǎo)體光電;2011年03期

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5 王大軍,章 蓓,欒 峰,楊 濤,徐萬(wàn)勁,馬驍宇;帶有周期性微結(jié)構(gòu)的InGaAlP量子阱發(fā)光二極管[J];紅外與毫米波學(xué)報(bào);2002年S1期

6 翁斌斌;秦麗菲;黃瑾;尹以安;劉寶林;張保平;;非平面化型ITO氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管[J];半導(dǎo)體光電;2007年06期

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中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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2 卓曉龍;GaN基LED電極設(shè)計(jì)及其出光特性研究[D];廈門(mén)大學(xué);2014年

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

本文編號(hào)：199419