表面等离子体增强led发光效率关键技术研究

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1、万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得丢洼王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：叫春影签字日期：劲彦年多月／阳学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解云洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权云洼王些盔堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借

2、阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：训备黟签字同期：矽心年乡月仁只导师签名：签字R期：躲万方数据学位论文的主要创新点一、采用严格耦合波算法(RCWA)对一维、二维金属光子晶体的周期、占空比对SPP波的调制作用进行了分析，提出了一种SPP波转化为辐射光的模式调制方法，提高了LED光提取效率；二、利用时域有限差分算法(FDTD)分析了金属光子晶体结构的SPP波在LED材料中的穿透深度，在SPP波穿透范围内优化了金属与LED有源区之间的耦合距离，保证SPP波与LED有源区光辐射有效的耦合；三、在金属光子

3、晶体结构和LED有源区之间设计了一定厚度的介质隔离层，避免了SPP波在LED材料中的欧姆损耗。万方数据摘要LED作为光源己广泛应用于家电、电子显示、照明、汽车等领域。随着对LED芯片发光效率要求的不断提高，以及节约能源的需要，增强LED的发光效率己成为研究的热点问题。在众多的增强LED发光效率的方法中，利用表面等离子体激元(SurfacePlasmonPolariton，SPP)耦合提高发光器件发光效率是增强器件发光的有效途径，而表面等离子体激元耦合提高LED发光效率受许多因素的影响，因此需要对表面等离子体增强LED发光效率关键技术进行研究。本文从提高LED光提取效率和内量

4、子效率两个关键指标出发，对氮化镓(GaN)和硅(Si)材料体系的表面等离子体波耦合LED芯片进行了研究。采用严格耦合波算法(RCWA)对一维、二维金属光子晶体的周期、占空比对SPP波的调制作用进行了分析，提出了一种SPP波转化为辐射光的模式调制方法。该方法使限制在LED芯片内的导波耦合为SPP波后转化为辐射光被有效提取，从而提高LED光提取效率。利用时域有限差分算法(FDTD)分析了金属光子晶体结构的SPP波在LED材料中的穿透深度，在SPP波穿透范围内优化了金属与LED有源区之间的耦合距离，保证SPP波与LED有源区光辐射有效的耦合；在金属光子晶体结构和LED有源区之间设

5、计了一定厚度的介质隔离层，避免了SPP波在LED材料中的欧姆损耗；利用SPP波的强局域特性增加LED有源区量子态密度，提高了LED内量子效率。本文采用金属光子晶体SPP耦合结构对表面等离子体增强LED发光效率的模式调制、耦合距离和欧姆损耗抑制等关键技术进行了综合分析，结果表明，在GaN基LED器件中可提高光提取效率6％，在硅基LED器件中可提高光提取效率27％，同时提高了发光器件的内量子效率，为高发光效率的半导体光电器件研究提供了参考，在半导体照明和硅基光电集成领域具有很高的应用价值。关键词：发光二极管；表面等离子体；发光效率；模式调制；欧姆损耗万方数据AbstractLE

6、Diswidelyusedinmanyareas，suchashouseholdappliances，electronicdisplays，lighting，automotiveindustry．Withtheincreasingdemandofluminescenceefficiency,enhancedLEDluminousefficiencyhasbecomeapopularsubject．InmanywaysofenhancedLEDluminousefficiency,itisaneffectivewaytousesurfaceplasmonploaritonco

7、uplingtoimproveluminousefficiencyoflight—emittingdevices．Surfaceplasmoncouplingenhancedluminousefficiencyisinfluencedbymanyfactors，thereforeitisnecessarytodoresearchonkeytechnologiesofsurfaceplasmonenhancedLEDluminousefficiency．Basedontwokeyindicators，lightext