采用光子晶體與全向反射鏡提高LED光提取效率.pdf

1、發(fā)光二極管（light-emittingdiode，LED）是一種可將電能轉(zhuǎn)化為光能的有源器件。LED具有節(jié)能環(huán)保、壽命長、可靠性高、體積小等諸多優(yōu)點，因此被廣泛地應(yīng)用于移動設(shè)備、交通信號、平板顯示、車輛照明、液晶顯示、普通照明等領(lǐng)域，顯示出了巨大的應(yīng)用前景。隨著相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，LED將取代白熾燈、熒光燈成為下一代最具優(yōu)勢的固態(tài)光源。但是傳統(tǒng)LED的輸出光功率仍然很低，提高LED的量子效率成為最為關(guān)鍵的問題。目前部分LED的內(nèi)量子效

2、率達到了80％以上，因此如何提高LED的光提取率成為了目前國內(nèi)外的研究熱點之一。 本文首先概述了LED及GaN基LED的發(fā)展歷程，分析了LED的應(yīng)用及發(fā)展前景。LED是由PN結(jié)組成的電致發(fā)光器件，因此從半導(dǎo)體及其能帶理論角度分析了LED的發(fā)光原理，并詳細(xì)討論了LED的一些特性參數(shù)，重點分析了光提取效率及造成普通LED光提取效率低的原因。本文是基于采用光子晶體和全向反射鏡結(jié)構(gòu)來提高LED的光提取效率的，因此文章介紹了光子晶體的概念

3、、特性及其理論研究方法，分析了周期性結(jié)構(gòu)是如何提取平板光波導(dǎo)中的導(dǎo)模光的。重點研究了本文所采用的兩種數(shù)值計算方法：時域有限差分算法（FDTD）和衍射模理論的嚴(yán)格耦合波分析法（RCWA）。隨后，概述了目前主要用以提高LED光提取效率的方案。本文提出設(shè)計了結(jié)合優(yōu)化參數(shù)的光子晶體和復(fù)合布拉格反射層的LED結(jié)構(gòu)，并采用FDTD和RCWA兩種算法進行仿真與分析。結(jié)果表明，該LED結(jié)構(gòu)通過復(fù)合布拉格反射層解決了襯底等材料吸收損耗光的問題，采用光子晶

4、體提取波導(dǎo)模，從而有效地提高了其光提取效率，且結(jié)構(gòu)中的光子晶體相對容易制作實現(xiàn)。最后，對全文進行了簡要的總結(jié)，并展望了下一步的研究方向。 總之，根據(jù)布拉格反射層和光子晶體的特性，采用FDTD和RCWA算法通過反復(fù)仿真選擇參數(shù)設(shè)計出效果比較理想的結(jié)構(gòu)，以提高普通LED的光提取效率。復(fù)合布拉格反射層構(gòu)成全向反射鏡設(shè)置在有源層和襯底之間，將有源層發(fā)出的底向光反射回上表面，從而減小了有源層以下包括襯底、電極等材料的光損耗；光子晶體設(shè)計在