利用表面等离子激元改善LED发光特性的研究

摘要

LED的技术进步不断取得重大进展，并广泛应用于照明、显示、通信等领域。与许多其他光源相比，LED具有以单位效率将电转换为光的潜力。但是，由于半导体材料固有的属性和制作技术的限定，GaN基LED的发光效率和性能并不十分理想,仍然存在性能提升的巨大空间。随着微纳加工技术的突破性进展，利用表面等离子体激元提高LED发光特性的研究得到深入研究和快速发展。　　本文主要讨论采用目前热门的介质/金属纳米结构和表面等离子激元技术来提高GaN基蓝光LED性能；研究采用现代光电子器件分析中常用的有限元法；建立GaN基蓝光LED的物理模型，讨论模型中各参数对LED性能的影响；并进行结构优化，为开发新型高效的GaN基蓝关LED提供理论支持。　　全文的研究工作主要为：　　1、研究了LED的发光原理，介绍了LED性能的发展和研究现状，对影响LED发光效率的因素进行了深入探究，并详细介绍了目前几种提高LED发光效率的方法及特点。　　2、在表面等离子体的发展状况和应用前景下，介绍了表面等离子体激元的概念和激发模式，重点分析了局域表面等离子体激元的特点和优势，为后续新型LED结构的设计和研究提供了理论基础。　　3、分析了不同金属材料，各种金属纳米结构及结构参数等对LED性能的影响，通过数值计算与对比，选择适合的金属并进行合理地结构设计，讨论设计模型的加工工艺与制作过程。　　4、通过构建Ag/GaN双光栅LED模型，改善LED发光特性，基于COMSOL软件，利用了有限元法对该模型进行仿真分析，得出该模型在不同结构参数下，归一化辐射功率与归一化损耗功率随波长的变化规律，以及电场分布情况。优化所设计LED模型的物理参数。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 选题背景和研究意义

1.2提高 LED发光效率的方法

1.3 表面等离子激元LED发光效率的研究现状

1.4 表面等离子激元LED的应用领域

1.5 表面等离子激元LED的发展趋势

1.6 本文的主要研究内容

第2章 LED与SPPs的理论研究

2.1 LED的基本理论

2.2 表面等离子体激元的基本理论

2.3 数值算法

2.4 本章小结

第3章 SPPs增强型LED物理模型的结构设计

3.1 引言

3.2 材料的选择

3.3 纳米结构的选择

3.4结构设计

3.5本章小结

第4章 SPPs增强型LED的特性分析

4.1 引言

4.2 LSP与LED量子阱的耦合

4.3 参数计算

4.4 材料参数优化设计

4.5 周期型光栅结构优化设计

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢