用PCS提高QWIP-LED光提取效率的仿真研究.pdf

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1、文章编号：1672—8785(2014)04-0013-05用PCS提高QWlP—LED光提取效率的仿真研究侯义合张冬冬(中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室，上海200083)摘要：量子阱红外探测器发光二极管(QuantumWellInfraredPhotodetectorLightEmittingDiode，QWIP—LED)是一种新型红外上转换器件，配合电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice，CCD)能够实现中波红外成像探测。与常规红外成像器件相比，QWIP—LED最大的优势在于成

2、本低。然而，QWIP-LED较低的光提取效率(约2％)严重制约了该器件的广泛应用。以提高QWIP—LED的光提取效率为目标，在LED表面引入二维光子晶体薄膜(PhotonicCrystalSlab，PCS)结构，采用时域有限差分法(Finite—DiferenceTime—Domain，FDTD)计算了其对光提取效率的改善效果，并对PCS的结构参数进行了优化。仿真结果表明，优化的PCS可以使QWIP—LED的光提取效率提高2．32倍。最后，基于PCS的能带理论以及等效介质理论，对PCS结构提高器件光提取效率的机理进行了分

3、析。关键词：QWIP～LED；二维光子晶体薄膜；光提取效率中图分类号：TN214文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1672—8785．2014．04．003StudyofLightExtractionEficiencyofQWIP—LEDEnhancedbyPhotonicCrystalSlabBasedonSimulationHOUYi—he，ZHANGDong—dongfKqvLabol’atoz：yot’hfraredSystemDetectionandImagingTechnology,Shan

4、ghaihistituteofTechnicalPhysics，ChineseAcademyofSciences，Shanghai200083，C~ina)Abstract：AQuantumWellInfraredPhotodetectorLightEmittingDiode(QWIP—LED)isanewinfraredup—converter．whencombiningwithaChargeCoupledDevice(CCD)，itcanbeusedformid—waveinfraredimagingdetectio

5、n．Comparedwiththeconventionalinfraredimagingdevices，QWIP—LEDshavearemarkableadvantageoflowcost．However，becauseofthelowlightextractioneficiency(2％)，theirapplicationislimited．ToimprovethelightextractioneficiencyoftheQWIP—LED，aPhotonicCrystalSlab(PCS1isincorporatedi

6、ntothesurfaceoftheLED．Then，aFiniteDifferenceTimeDomain(FDTD)methodisusedtocalculatetheimproved1ightextractionefficiency，SOastooptimizethestructureparametersofthePCS．ThesimulationresultshowsthatbyusinganoptimizedPCS，thelightextractioneficiencyoftheQWIP—LEDcanbeinc

7、reasedbyafactorof2．32．Finally．themechanismforthePCStoincreaselightextractioneficiencyisanalyzedaccordingtothebandtheoryandequivalentmediumtheory．Keywords：QWIP-LED；photoniccrystalslab；lightextractioneficiency收稿日期：2014~03—24作者简介；侯义合(1986一)，男，博士研究生，山东日照人，主要从事QWIP—LE

8、D器件方面的研究。E—mail：house4366@163．comhttp：／／journa1．sitp．ac．cn／hwINFRARED(MONTHLY)／VoL．35，No．4，APR20140引言示了制作在OLED的玻璃基底与ITO层之间(远离有源层)的PCS结构，使OLED的光提取效率红外上转换器件QwIP—