发光二极管表面光子晶体的制备及能带计算

【摘要】虽然GaN基LED凭借其高效率、低功耗等优点正广泛应用于照明以及彩色显示等领域,但是其光提取效率过于低下的问题一直困扰着业界人士。本论文采用在GaN基LED芯片表面制备二维光子晶体的方法解决GaN基LED芯片光提取效率低下这一难题。文中首先通过Rsoft软件对不同占空比、介质界面以及晶格阵列的光子晶体进行能带结构的计算,通过对计算结果的分析和对比得到各项结构参数对光子禁带的影响规律。之后在实验阶段利用软模板紫外压印技术在GaN基LED的p-GaN层和氧化铟锡(ITO)透明导电层分别制备二维光子晶体结构,所用初始镍模板上的纳米结构周期为465nm,孔状结构直径为245nm。压印过程中我们采用软模板进行纳米结构的转移与复制,最终在样品表面获得了结构完整且相关参数与初始模板较为一致的光子晶体结构。制备电极之后分别对样品进行I-V特性曲线、电致发光(EL)光谱和相对光强测试,对结果进行对比我们得到以下结论：(1)p-GaN光子晶体LED相对于ITO光子晶体LED和普通LED具有更高的正向电压,正向电流同为lOmA的情况下,p-GaN光子晶体LED的正向电压为8V,而普通LED的正向电压仅为3V。文中猜测这是由于p-GaN层在刻蚀的过程中受到损伤,导致电子输运过程受到一定影响。(2)表面二维光子晶体结构会对LED芯片的发光光谱造成一定的影响,10mA正向电流注入条件下p-GaN光子晶体LED的峰值位置相对普通LED发生了6nm的红移。ITO光子晶体LED的峰值位置同样存在轻微的偏移现象,我们认为这是由于特定光子晶体结构对特定波段的光产生较为明显的增强效果,从而导致光子晶体LED的光谱峰值相对普通LED发生偏移。(3)通过对三类样品进行光强测试,我们发现在60mA正向电流注入条件下,p-GaN光子晶体LED的相对光强约为普通LED的1.39倍,而ITO光子晶体LED由于其光子晶体所处位置以及退火等原因并没有体现出较高的发光强度。
【作者】陈志远；
【导师】刘宝林；
【作者基本信息】厦门大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】光提取效率；纳米压印；光子晶体；

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