GaN基LED光提取效率受纳米半球微镜阵列结构影响的研究

简介：
本研究探讨了GaN基LED中纳米半球微镜阵列的不同结构对光提取效率的影响，旨在提升发光二极管的光学性能。 为了分析表面纳米半球微镜结构对GaN基发光二极管（LED）光提取效率的影响，利用时域有限差分法(FDTD)分别研究了由GaN、ZnO、SiO2以及聚苯乙烯组成的半球微镜结构，并通过模式分析方法进一步验证FDTD计算结果。研究表明，在亚波长范围内，折射率较小的材料不利于导模与表面结构层之间的耦合，对光提取效率的影响不大；而折射率较大的材料则能促进更多的模式耦合到半球微镜阵列层中，从而更有利于提高光提取效率。此外，当固定所选材料时，随着纳米半球直径的增大，LED的光提取效率也随之提升。实验结果显示，在选定波导材料结构的情况下，优化后的600 nm半径的GaN基LED相较于普通平板LED其光提取效率提高了5.66倍。 基于上述研究结果，通过计算等效折射率得出了一种适用于纳米半球微镜结构的设计模型，并采用非对称平板模式分析方法验证了该结论。这些发现为高性能GaN基LED的实际设计和优化提供了重要的理论依据和技术支持。