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双层光子晶体氮化镓蓝光发光二极管结构优化的研究

高晖 孔凡敏 李康 陈新莲 丁庆安 孙静

双层光子晶体氮化镓蓝光发光二极管结构优化的研究

高晖, 孔凡敏, 李康, 陈新莲, 丁庆安, 孙静
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  • 为了提升氮化镓(GaN)蓝光发光二极管(LED)光提取效率, 设计了双层光子晶体LED模型. 提出等效折射率近似方法, 简化求解了结构中的介质波导模式分布. 从而对模型中顶层光子晶体刻蚀深度d, 嵌入式光子晶体厚度T及其距有源层距离D等结构参数进行了优化. 同时利用时域有限差分方法对优化结果进行了验证. 相比其他仿真方法, 模式分析极大地减少了对LED建模优化的计算复杂度, 同时从理论上阐明了不同结构参数变化引起LED光提取效率改变的原因. 研究发现, 当顶层光子晶体满足d / nPhCs 时, 结构内大部分高阶导模尚未被截断但源区能量向低阶导模的转化被有效抑制, 光提取效率给出极大值. 嵌入式光子晶体的引入将激发覆盖层模式, 当满足100 nm T 300 nm且100 nm D 200 nm 时, 覆盖层模式可以从有源层获得较大能量并有效地与顶层光子晶体耦合, 极大地提升了光提取效率. 本文优化结果使得LED光提取效率提升了4倍, 对高性能GaN蓝光LED的设计制造具有重要意义.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2009CB930503, 2009CB930501)和国家自然科学基金(批准号: 61077043)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-09-05
  • 修回日期:  2011-10-11
  • 刊出日期:  2012-06-05

双层光子晶体氮化镓蓝光发光二极管结构优化的研究

  • 1. 山东大学信息科学与工程学院, 济南 250100;
  • 2. 济南大学物理科学学院, 济南 250022
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号: 2009CB930503, 2009CB930501)和国家自然科学基金(批准号: 61077043)资助的课题.

摘要: 为了提升氮化镓(GaN)蓝光发光二极管(LED)光提取效率, 设计了双层光子晶体LED模型. 提出等效折射率近似方法, 简化求解了结构中的介质波导模式分布. 从而对模型中顶层光子晶体刻蚀深度d, 嵌入式光子晶体厚度T及其距有源层距离D等结构参数进行了优化. 同时利用时域有限差分方法对优化结果进行了验证. 相比其他仿真方法, 模式分析极大地减少了对LED建模优化的计算复杂度, 同时从理论上阐明了不同结构参数变化引起LED光提取效率改变的原因. 研究发现, 当顶层光子晶体满足d / nPhCs 时, 结构内大部分高阶导模尚未被截断但源区能量向低阶导模的转化被有效抑制, 光提取效率给出极大值. 嵌入式光子晶体的引入将激发覆盖层模式, 当满足100 nm T 300 nm且100 nm D 200 nm 时, 覆盖层模式可以从有源层获得较大能量并有效地与顶层光子晶体耦合, 极大地提升了光提取效率. 本文优化结果使得LED光提取效率提升了4倍, 对高性能GaN蓝光LED的设计制造具有重要意义.

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