表面等離子體增強(qiáng)LED發(fā)光效率關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、LED作為光源已廣泛應(yīng)用于家電、電子顯示、照明、汽車等領(lǐng)域。隨著對LED芯片發(fā)光效率要求的不斷提高，以及節(jié)約能源的需要，增強(qiáng)LED的發(fā)光效率已成為研究的熱點(diǎn)問題。在眾多的增強(qiáng)LED發(fā)光效率的方法中，利用表面等離子體激元（Surface Plasmon Polariton，SPP）耦合提高發(fā)光器件發(fā)光效率是增強(qiáng)器件發(fā)光的有效途徑，而表面等離子體激元耦合提高LED發(fā)光效率受許多因素的影響，因此需要對表面等離子體增強(qiáng)LED發(fā)光效率關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行

2、研究。
　　本文從提高LED光提取效率和內(nèi)量子效率兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)出發(fā)，對氮化鎵(GaN)和硅(Si)材料體系的表面等離子體波耦合LED芯片進(jìn)行了研究。采用嚴(yán)格耦合波算法(RCWA)對一維、二維金屬光子晶體的周期、占空比對SPP波的調(diào)制作用進(jìn)行了分析，提出了一種SPP波轉(zhuǎn)化為輻射光的模式調(diào)制方法。該方法使限制在LED芯片內(nèi)的導(dǎo)波耦合為SPP波后轉(zhuǎn)化為輻射光被有效提取，從而提高LED光提取效率。利用時(shí)域有限差分算法(FDTD)分析了金屬

3、光子晶體結(jié)構(gòu)的SPP波在LED材料中的穿透深度，在SPP波穿透范圍內(nèi)優(yōu)化了金屬與LED有源區(qū)之間的耦合距離，保證SPP波與LED有源區(qū)光輻射有效的耦合;在金屬光子晶體結(jié)構(gòu)和LED有源區(qū)之間設(shè)計(jì)了一定厚度的介質(zhì)隔離層，避免了SPP波在LED材料中的歐姆損耗;利用SPP波的強(qiáng)局域特性增加LED有源區(qū)量子態(tài)密度，提高了LED內(nèi)量子效率。
　　本文采用金屬光子晶體SPP耦合結(jié)構(gòu)對表面等離子體增強(qiáng)LED發(fā)光效率的模式調(diào)制、耦合距離和歐姆損耗