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基于缺陷光子晶体结构的GaN基发光二极管光提取效率的有关研究

岳庆炀 孔凡敏 李康 赵佳

基于缺陷光子晶体结构的GaN基发光二极管光提取效率的有关研究

岳庆炀, 孔凡敏, 李康, 赵佳
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  • 现有的研究表明,利用光子晶体可以有效提高发光二极管的光提取效率. 由于在制造时光子晶体中可能会存在缺陷和错位,本文基于时域有限差分法对光子晶体中的缺陷 和错位对发光二极管发光效率的影响进行了研究.数值仿真结果表明, 光子晶体中少量缺陷或者微小错位并不会降低发光二极管的光提取效率, 其中某些缺陷反而能增强光子晶体发光二极管的光提取效率.本文对其物理机理给出了详细的理论分析, 并设计了一种具有缺陷的光子晶体,在未刻蚀到有源层(离有源层20 nm)的情况下, 其光提取效率达到了完美光子晶体的1.6倍.通过对这种缺陷光子晶体的空间频谱分析可知, 可以通过设计具有特殊空间频谱分布的光子晶体来提高发光二极管的发光效率, 这对设计高光提取效率的光子晶体结构和制造高效率的发光二极管有指导意义.
    • 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.
    [1]

    Schubert E F, Kim J K 2005 Science 308 1274

    [2]

    Yeh D M, Huang C F, Chen C Y, Lu Y C, Yang C C 2007 Appl. Phys. Lett. 91 171103

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    Chen Y X, Zheng W H, Chen W, Chen L H, Tang Y D, Shen G D 2010 Acta Phys. Sin. 59 8083 (in Chinese) [陈依新, 郑婉华, 陈微, 陈良惠, 汤益丹, 沈光地 2010 物理学报 59 8083]

    [4]

    David A, Meier C, Sharma R, Diana F S, DenBaars S P, Hu E, Nakamura S, Weisbuch C 2005 Appl. Phys. Lett. 87 101107

    [5]

    Xing Y H, Han J, Deng J, Li J J, Xu C, Shen G D 2010 Acta Phys. Sin. 59 1233 (in Chinese) [刑艳辉, 韩军, 邓军, 李建军, 徐晨, 沈光地 2010 物理学报 59 1233]

    [6]

    Li S Q, Wang L, Han Y J, Luo Y, Deng H Q, Qiu J S, Zhang J 2011 Acta Phys. Sin. 60 098107 (in Chinese) [李水清, 汪莱, 韩彦军, 罗毅, 邓和清, 丘建生, 张洁 2011 物理学报 60 098107]

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    Kim J Y, Kwon M K, Lee K S, Park S J, Kim S H, Lee K D 2007 Appl. Phys. Lett. 91 181109

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    Yariv A, Yeh P (Translated by Chen H M) 2009 Photonics-Optical Electronics in Modern Communications (Beijing: Publishing House of Electronics Industry) pp487-488 (in Chinese) [亚里夫, 耶赫 (陈鹤鸣译) 2009 光子学——现代通信光电子学 (北京:电子工业出版社) 第487-488页]

    [9]

    David A 2006 Ph. D. Dissertation (Santa Barbara: University of California)

    [10]

    Berenger J P 1994 Comput.Phys. 114 185

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    Zhang B 2005 Acta Phys. Sin. 54 5677 (in Chinese) [张波 2005 物理学报 54 5677]

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    Liu S B, Zhu C X, Yuan N C 2005 Acta Phys. Sin. 54 2804 (in Chinese) [刘少斌, 朱传喜, 袁乃昌 2005 物理学报 54 2804]

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    Wiesmann C 2009 Ph. D. Dissertation (Regensburg: Regensburg Universität,)

    [15]

    Fujita M, Takahashi S, Tanaka Y, Asano T, Noda S 2005 Science 308 1296

    [16]

    Rattier M, Benisty H, Stanley R P, Carlin J F, Houdré R, Oesterle U, Smith C J M, Weisbuch C, Krauss T F 2002 IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 8 238

    [17]

    David A, Fuji T, Matioli E, Sharma R, Nakamura S, DenBaars S P, Weisbuch C 2006 Appl. Phys. Lett. 88 073510

  • [1]

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    [2]

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    [3]

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    Yariv A, Yeh P (Translated by Chen H M) 2009 Photonics-Optical Electronics in Modern Communications (Beijing: Publishing House of Electronics Industry) pp487-488 (in Chinese) [亚里夫, 耶赫 (陈鹤鸣译) 2009 光子学——现代通信光电子学 (北京:电子工业出版社) 第487-488页]

    [9]

    David A 2006 Ph. D. Dissertation (Santa Barbara: University of California)

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    Liu S B, Zhu C X, Yuan N C 2005 Acta Phys. Sin. 54 2804 (in Chinese) [刘少斌, 朱传喜, 袁乃昌 2005 物理学报 54 2804]

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    Wiesmann C 2009 Ph. D. Dissertation (Regensburg: Regensburg Universität,)

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  • [1] 陈新莲, 孔凡敏, 李康, 高晖, 岳庆炀. 无序光子晶体提高GaN基蓝光发光二极管光提取效率的研究. 物理学报, 2013, 62(1): 017805. doi: 10.7498/aps.62.017805
    [2] 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. 物理学报, 2012, 61(12): 127807. doi: 10.7498/aps.61.127807
    [3] 陈健, 李海华, 王庆康, 李小丽. 基于正方和六角排列结构光子晶体对发光二极管出光效率的研究. 物理学报, 2009, 58(9): 6216-6221. doi: 10.7498/aps.58.6216
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    [6] 林瀚, 刘守, 张向苏, 刘宝林, 任雪畅. 全息技术制作二维光子晶体蓝宝石衬底提高发光二极管外量子效率. 物理学报, 2009, 58(2): 959-963. doi: 10.7498/aps.58.959
    [7] 杨红卫, 孟珊珊, 高冉冉, 彭硕. 光子晶体传输特性的时域精细积分法分析. 物理学报, 2017, 66(8): 084101. doi: 10.7498/aps.66.084101
    [8] 陈湛旭, 万巍, 何影记, 陈耿炎, 陈泳竹. 利用单层密排的纳米球提高发光二极管的出光效率. 物理学报, 2015, 64(14): 148502. doi: 10.7498/aps.64.148502
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-02-13
  • 修回日期:  2012-05-09
  • 刊出日期:  2012-10-20

基于缺陷光子晶体结构的GaN基发光二极管光提取效率的有关研究

  • 1. 山东大学信息科学与工程学院, 济南 250100
    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: 现有的研究表明,利用光子晶体可以有效提高发光二极管的光提取效率. 由于在制造时光子晶体中可能会存在缺陷和错位,本文基于时域有限差分法对光子晶体中的缺陷 和错位对发光二极管发光效率的影响进行了研究.数值仿真结果表明, 光子晶体中少量缺陷或者微小错位并不会降低发光二极管的光提取效率, 其中某些缺陷反而能增强光子晶体发光二极管的光提取效率.本文对其物理机理给出了详细的理论分析, 并设计了一种具有缺陷的光子晶体,在未刻蚀到有源层(离有源层20 nm)的情况下, 其光提取效率达到了完美光子晶体的1.6倍.通过对这种缺陷光子晶体的空间频谱分析可知, 可以通过设计具有特殊空间频谱分布的光子晶体来提高发光二极管的发光效率, 这对设计高光提取效率的光子晶体结构和制造高效率的发光二极管有指导意义.

English Abstract

参考文献 (17)

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