导　　师： 王洪; 胡晓龙

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 光子晶体结构的引入被认为是有效提高GaN基LED芯片出光效率的重要方法,是目前的研究前沿技术和热点。因此,研究表面光子晶体结构对LED芯片出光效率的影响机理,并制备出高出光效率的表面光子晶体结构LED芯片,具有重要的应用价值。利用FDTD算法对具有不同表面二维光子晶体结构的正装LED芯片进行仿真,发现当光子晶体结构的占空比在0.50.7,周期在500800nm,高度在80160nm范围内能更有效地提高LED芯片的萃取效率。在此基础上,采用纳米压印及LED芯片制备设备制作具有不同表面二维SiO2光子晶体结构的LED芯片并对其光电性能进行表征。结果显示,表面二维SiO2光子晶体结构的引入提高了LED芯片的输出功率,且具有周期为600nm的表面四边形排列的SiO2光子晶体结构的正装LED芯片的出光功率最大,比无微结构的LED芯片提高了14.95%@20mA。进一步地,利用前述制备工艺,分别在紫外、蓝光和绿光LED外延片上制备具有表面二维SiO2光子晶体结构的芯片。实验结果显示,表面SiO2光子晶体结构能更有效的提高紫外和绿光LED芯片的出光效率,比无微结构的LED芯片分别提高了27.51%和32.63%@20mA。且四边形排列的光子晶体结构能更有效的提高LED芯片的出光效率。同时,从LED芯片的远场辐射图中发现具有光子晶体结构的绿光LED芯片的辐射能量值最大,且能量集中。利用FDTD算法设计具有表面GaN光子晶体结构的倒装薄膜LED芯片模型并优化其出光效率。研究结果显示,在较短的腔长、合适的p-GaN层厚度及光子晶体结构下才能获取较高的器件的出光效率。优化后具有表面光子晶体结构的LED芯片的出光效率达到53.0%,相比无表面微结构器件提高了56%,而与未优化腔体长度及p-GaN层厚度的器件相比则提高了103.8%。此外,表面光子晶体结构并未改变倒装薄膜LED芯片的出光效率随腔体长度或p-GaN层厚度周期�

关 键 词： 出光效率 光子晶体 纳米压印

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