可見光通信具有保密性好、傳輸速率高、無電磁輻射、環(huán)保安全等優(yōu)點,可以作為緩解頻譜資源緊缺的一種通信方案,是目前研究的前沿技術(shù)和熱點。GaN基LED芯片是可見光通信的關(guān)鍵器件,在照明領(lǐng)域已實現(xiàn)商業(yè)化。商用LED芯片狹窄的帶寬限制了可見光通信系統(tǒng)的整體帶寬。光子晶體結(jié)構(gòu)能影響光子壽命和光子在空間傳播的行為,進(jìn)而改變LED芯片的帶寬和光萃取效率。因此研究光子晶體LED具有重要的意義。論文采用FDTD Solutions軟件詳細(xì)研究了光子晶體正裝LED和光子晶體倒裝LED的Purcell因子和光萃取效率。通過優(yōu)化光子晶體的周期、占空比和高度等參數(shù),提高了LED芯片的Purcell因子和光萃取效率。仿真結(jié)果表明:光子晶體正裝LED的Purcell因子和光萃取效率呈現(xiàn)反相關(guān)的變化趨勢,而光子晶體倒裝LED的Purcell因子和光萃取效率呈現(xiàn)正相關(guān)的變化趨勢;光子晶體倒裝LED在周期400nm,占空比0.3,光子晶體高度400nm時Purcell因子達(dá)到1.81,比平片提高37%,光萃取效率為68%,比平片提高32.3%;與正裝結(jié)構(gòu)相比,倒裝結(jié)構(gòu)光子晶體對芯片光萃取效率和Purcell因子的提升更明顯。采用納米壓印技術(shù)制備出周期400nm-800nm的光子晶體LED芯片,并進(jìn)行了熒光壽命測試和拉曼測試,其形貌較好,圖案分布均勻,刻蝕深度均勻,討論了光子晶體結(jié)構(gòu)對光子壽命和應(yīng)力的影響。測試結(jié)果表明:拉曼散射譜顯示各個周期的光子晶體LED的拉曼譜峰值都比平片高,InGaN材料模信號峰位的移動表明光子晶體結(jié)構(gòu)使得外延層的應(yīng)力得到一定釋放;熒光壽命測試發(fā)現(xiàn),刻蝕光子晶體結(jié)構(gòu)的樣品光子壽命明顯減小,Purcell因子明顯增大,與仿真結(jié)果趨勢一致。其中周期400nm四方排列的光子晶體LED最優(yōu),其光子壽命僅0.621ns。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.1;O734
【部分圖文】：

降低 LED 的流明效率[35]。因此可以減小載流子的輻射復(fù)合提高 LED 芯片的帶寬。 LED構(gòu)通過改變光子周圍環(huán)境提高載流子自發(fā)輻射速率。由于在 InG較困難，諧振腔 LED 的研究不多。2013 年 Moudakir 等[21]在外延lGaNDBR 層，然后在 pGaN 頂部做Si O Z rODBR 層，使兩減小了載流子自發(fā)輻射壽命，增大了帶寬。當(dāng)輸入電流 20mA 圖 1-1，Tsai 等[19]在普通藍(lán)光 LED 底部藍(lán)寶石面蒸鍍一層銀鏡 S iODBR 反射層，使兩層之間形成一個光學(xué)諧振腔。得到 1為 100Mbit/s。但由于熒光粉轉(zhuǎn)換速率低，導(dǎo)致白光的傳輸速率僅題組[20]改用兩層 DBR 反射層，得到數(shù)據(jù)傳輸速率 100Mbit/s 。

第二章 光子晶體 LED 的 Purcell 效應(yīng)和光萃取效率研究阱的輻射光從可見光到近紅外波段主要是 TE（Tran設(shè)置為 TE 模的偶極子光源[54]。偶極子光源如圖 2，光源波長選擇藍(lán)光波段的 460nm，七個功率監(jiān)視器邊界條件為常用的完美匹配層 PML（Perfectlymatcmesh refinement 選擇 conformal variant 1，mesh 最樣放置在 n-GaN 層內(nèi)部以忽略其產(chǎn)生的腔體效應(yīng)[55

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文厚度在 20nm 左右較優(yōu)，p-GaN 層厚度在 110nm、200nm 值取得較優(yōu)值，且呈現(xiàn)震蕩衰減趨勢，ITO 層厚度小于 20nm、230nm 左右取得峰值點。可以觀察到，Purcell 因子化，震蕩周期與材料中的半波長相一致[55]。各層材料對趨勢相反，這與文章[34]中的結(jié)果相一致。當(dāng) ITO 厚度為 1光萃取效率為 16%。從圖 2-2（d）可明顯看出，隨著 IT明顯下降，這與 ITO 的透過率有關(guān)。材料越厚，光通過的之間的反射折射越多，進(jìn)而導(dǎo)致光子更難從材料中出來折射率差，導(dǎo)致出光角度很小，使得光子未得到有效利，增大出光角，提高光萃取效率和 Purcell 因子。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 彭靜;徐智謀;吳小峰;孫堂友;;納米壓印技術(shù)制備表面光子晶體LED的研究[J];物理學(xué)報;2013年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張滿;基于納米壓印技術(shù)的微納結(jié)構(gòu)制備與應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所);2016年

本文編號：2874936