GaN基LED中引入银纳米结构对其发光效率影响的研究

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1、硕士学位论文GaN基LED中引入银纳米结构对其发光效率影响的研究作者姓名黄昕乾学科专业微电子学与固体电子学指导教师姚若河教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年6月EffectofsilvernanostructureontheluminousefficiencyofGaN-LEDADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HuangXinqianSupervisor：Prof.YaoRuoheSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou

2、,China摘要GaN基LED具有节能、可靠性高及寿命长等优点，可用于照明、显示以及通信等领域。目前，窄的调制带宽和大电流下内量子效率下降已成为制约GaN基LED进一步发展的瓶颈。随着纳米技术的发展，利用金属纳米结构的局域表面等离子体(LSP)改善GaN基LED的发光效率和频率响应特性，已成为了研究热点。本文利用FDTDSolution建立了在GaN上方引入银纳米球阵列的模型，银纳米球呈正方形分布，研究了银纳米球的尺寸和间距对银纳米球阵列LSP特性的影响。随着间距的减小，LSP的共振峰逐渐呈双模分布，且位于长波段的共振峰红移；随着银纳米球直径

3、的增大，LSP的共振峰红移且散射效率增大。银纳米球阵列与入射光耦合形成的LSP为成键偶极共振模式。建立了银纳米柱模型，分析了银纳米柱的尺寸对其LSP特性的影响。随着半径增大，银纳米柱的LSP共振峰逐渐红移；随着高度增大，在350nm波长附近出现次级峰，且位于长波段的LSP共振主峰逐渐蓝移。建立了银-氧化铝纳米柱核壳模型，随着氧化铝壳层厚度的增大，LSP共振波长逐渐增大。计算了两种银纳米结构在LSP共振波长下近场分布，发现当GaN基LED发光波长与银纳米结构LSP共振波长一致或相近时，银纳米结构的LSP与辐射光通过能量传递实现共振耦合，导致LS

4、P近场增强，提高了GaN基LED自发辐射率；与LSP耦合的LED辐射能量可以被银纳米结构散射或吸收，当银纳米结构的散射效率大于未引入银纳米结构的GaN基LED内量子效率时，耦合的能量将被散射，实现对GaN基LED的发光增强。关键词：银纳米结构；局域表面等离子体；发光二极管；发光效率———————————————————————————————————————————本文研究工作得到广东省科技计划项目(2016B010123004)的资助IAbstractWiththeadvantagesofsavingenergy,highreliabili

5、ty,longlifeetc.,GaNbasedlightemittingdiode(GaN-LED)canbeusedinillumination,displayandcommunication.Thenarrowmodulationband-widthandtheEfficiencyDrooparethetwokeylimitationsindevelopmentofGaN-LED.Withthedevelopmentofnanotechnology,improvedtheluminousefficiencyandthemodulatio

6、nbandwidthbylocalizedsurfaceplasmon(LSP)isahotresearch.Inthispaper,amodelforembeddingsilvernanospherearrayabovetheGaNsubstrateisdesignedbyusingFDTDSolution.TheLSPpropertiesofthesilvernanospherearraywithdifferentsizeofsilvernanospheresanddistancebetweensilvernanospheresarein

7、vestigated.Theresultsshowthatwiththedistancebetweensilvernanospheresdecreasing,twoLSPresonantpeaksofsilvernanospherearrayarepresentedandthelongerresonantwavelengthisred-shifted.TheenhancedscatteringefficiencyofLSPandred-shiftoftheresonantpeakscanbeobtainedbyincreasingthesiz

8、eofsilvernanosphere.TheLSPformedbythecouplingbetweenthesilvernanospherearrayandthe