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《华南理工大学》 2018年
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GaN基光子晶体LED的制备与性能研究

施伟  
【摘要】:可见光通信具有保密性好、传输速率高、无电磁辐射、环保安全等优点,可以作为缓解频谱资源紧缺的一种通信方案,是目前研究的前沿技术和热点。GaN基LED芯片是可见光通信的关键器件,在照明领域已实现商业化。商用LED芯片狭窄的带宽限制了可见光通信系统的整体带宽。光子晶体结构能影响光子寿命和光子在空间传播的行为,进而改变LED芯片的带宽和光萃取效率。因此研究光子晶体LED具有重要的意义。论文采用FDTD Solutions软件详细研究了光子晶体正装LED和光子晶体倒装LED的Purcell因子和光萃取效率。通过优化光子晶体的周期、占空比和高度等参数,提高了LED芯片的Purcell因子和光萃取效率。仿真结果表明:光子晶体正装LED的Purcell因子和光萃取效率呈现反相关的变化趋势,而光子晶体倒装LED的Purcell因子和光萃取效率呈现正相关的变化趋势;光子晶体倒装LED在周期400nm,占空比0.3,光子晶体高度400nm时Purcell因子达到1.81,比平片提高37%,光萃取效率为68%,比平片提高32.3%;与正装结构相比,倒装结构光子晶体对芯片光萃取效率和Purcell因子的提升更明显。采用纳米压印技术制备出周期400nm-800nm的光子晶体LED芯片,并进行了荧光寿命测试和拉曼测试,其形貌较好,图案分布均匀,刻蚀深度均匀,讨论了光子晶体结构对光子寿命和应力的影响。测试结果表明:拉曼散射谱显示各个周期的光子晶体LED的拉曼谱峰值都比平片高,InGaN材料模信号峰位的移动表明光子晶体结构使得外延层的应力得到一定释放;荧光寿命测试发现,刻蚀光子晶体结构的样品光子寿命明显减小,Purcell因子明显增大,与仿真结果趋势一致。其中周期400nm四方排列的光子晶体LED最优,其光子寿命仅0.621ns。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN929.1;O734

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【参考文献】
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