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通过基于等离子体的策略提升发光二极管的性能
摘要： 发光二极管（LED）凭借其长寿命、小尺寸和低能耗的特点，在显示器和通用光源领域日益普及。过去数十年来，研究人员持续探索新型发光材料和器件结构以获得高效LED。然而，不尽如人意的外量子效率严重制约了其商业化应用。在提升LED效率的所有方法中，引入等离子体结构在提高发光体自发辐射速率和改善光提取效率方面展现出巨大潜力。本文综述了采用等离子体材料解决量子阱LED和有机LED挑战的方法，探讨了基于等离子体策略提升光生成与提取效率的机理，并介绍了等离子体对荧光粉定向发射的控制作用。此外，还阐述了LED中等离子体结构的设计、制备与调控以优化器件性能的关键问题，以及为特定LED器件选择合适等离子体材料与结构的作用。本综述列举了等离子体LED面临的挑战与机遇，旨在为等离子体LED的未来发展趋势提供见解。
关键词： 自发发射速率、发光二极管、光提取效率、外量子效率、等离子体结构
更新于2025-09-16 10:30:52
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光子晶体对GaN基LED自发辐射不同偏振模式出光效率的影响
摘要： 通过FDTD解决方案模拟了三种光子晶体（PhC）结构——球形光子晶体LED、圆柱形光子晶体LED和复合光子晶体LED——不同偏振模式的光提取效率（LEE）。分别对TE模和TM模的LEE进行了模拟。结果表明，结构沿传播方向的不连续性会导致TE模和TM模LEE的降低。在圆柱形光子晶体LED中，TE模和TM模分别增强了60%和40%，其中单个纳米棒充当光波导。最后，提出了一种多层复合光子晶体LED。结果显示，在532 nm波长下，基于该结构的TM模LEE提高了1.45倍，且TM模发光强度将超过TE模，从而发生偏振反转。
关键词： 基于氮化镓的发光二极管、偏振、光子晶体、光提取效率
更新于2025-09-12 10:27:22
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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 亚波长AlGaAs/GaAs垂直发射纳米柱中光提取效率的显著增强
摘要： 将主动纳米光子器件（即纳米激光器和纳米发光二极管/nanoLEDs）缩小至深亚微米尺寸，对于实现未来紧凑型光子集成电路在光通信[1]及生物传感与生物成像应用[2]所需的小型化（<1 μm2）、低能耗（<10 fJ/比特）和高效率（>10%）光源至关重要。随着这些纳米级光源表体比急剧增大，强非辐射过程和光提取困难等因素已被证实会显著降低nanoLEDs和纳米激光器的外量子效率[3]。尽管学界已在光增强与出耦合方法（如二维光子晶体[4]、光学纳米天线[5]或集成光栅耦合器的纳米波导[3]）方面开展深入研究，但当发光结构尺寸缩减至深亚波长（<<λ/3）量级时，这些方案实施难度极大。 本研究报道了砷化镓衬底上垂直发射的未掺杂AlGaAs/GaAs/AlGaAs锥形柱体在发射标称面积缩小至亚微米尺度时（图1a），在λ~670 nm处呈现显著增强的信号。通过电子束光刻和干法刻蚀技术制备了横向宽度200 nm至8 μm的垂直发射柱体，并采用λ=561 nm激光激发的显微光致发光(PL)显微镜进行表征。图1b展示了光学泵浦微柱（上）与纳米柱（下）的发射图像实例（插图为对应强度分布）。微柱发光强度随直径减小呈平面LED典型的d2缩放规律递减；但当直径从4 μm缩减至0.2 μm（尤其在300 nm < d < 400 nm区间），尽管标称发射面积缩小超100倍，强度仅衰减约10倍——例如d=360 nm柱体的发射强度峰值及积分强度与d~1 μm柱体相当，这种显著偏离微柱d2依赖性的现象实现了27倍发光增强（图1c总结）。 针对d=360 nm锥形纳米柱的FDTD模拟（图1a底部）表明该增强源于三重效应：i) 横向尺寸减小抑制光学模式；ii) 高效空气耦合输出；iii) 锥形结构定向发射增强。值得注意的是，如图1c蓝圈所示，经(NH4)2S表面钝化及约50 nm SiO?介质封盖后发光性能可进一步提升，亚微米柱发光强度较未钝化样品提高3倍。总之，本研究实现了深亚波长垂直发射纳米柱的光提取效率大幅跃升，使纳米级器件获得媲美微米器件的明亮发光。结合表面复合抑制效应，该成果对开发低功耗光互连用高性能纳米光电器件、实现光子集成电路中室温高效光源具有重要价值。
关键词： 亚波长、纳米光子学、垂直发射纳米柱、AlGaAs/GaAs、光提取效率
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于凹凸圆形复合结构侧壁的InGaN基微发光二极管光提取效率增强
摘要： 我们证明，采用感应耦合等离子体（ICP）刻蚀制备的凹凸圆复合结构侧壁，是提高微发光二极管（LED）光效而不损害电学特性的有效方法。使用半径为2微米的凹凸圆复合结构侧壁的器件，其饱和光输出功率达到39.75毫瓦，较采用平面侧壁的器件提升了7.2%。光输出特性的增强主要归因于通过减少全内反射（同时不损失有源区面积）增加了光子发射量。
关键词： ICP、微发光二极管、光提取效率、氮化铟镓/氮化镓、凹凸圆形复合结构侧壁
更新于2025-09-11 14:15:04
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封装结构对近紫外LED光提取效率的影响
摘要： 设计并制备了具有五种封装结构的近紫外高功率LED。测量了不同封装结构的光电转换效率（EECL），并利用该参数表征封装结构的光提取效率（LEE）。通过分析光在不同界面的菲涅尔损耗（FNL）和全内反射损耗（TIRL），对实验结果进行了定性解释。当采用近似球面透镜时，在芯片与透镜间填充硅胶可提升LEE。该器件的EECL可达66.84%，较裸芯片提高55.10%。平面封装时，无论是否填充硅胶，器件EECL均低于裸芯片。填充硅胶后，器件最终界面会产生新的TIRL，导致EECL进一步降至37.14%。实验表明：当LED芯片采用图形化衬底和表面微结构提升LEE时，传统芯片表面硅胶（或环氧树脂）涂层可能无法改善器件LEE；若硅胶层引入新的全内反射界面，将显著降低器件LEE。当硅胶等介质层不产生新全反射界面时，可有效降低芯片表面的FNL和TIRL，从而提升LED器件的LEE。
关键词： 全内反射损耗、封装结构、近紫外发光二极管、菲涅尔损耗、光提取效率
更新于2025-09-11 14:15:04
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光子晶体倒装发光二极管的调制带宽与光提取效率研究
摘要： 本研究采用光子晶体结构来提高倒装芯片氮化镓基发光二极管（LED）的光提取效率和调制带宽。利用时域有限差分法研究了光子晶体结构对倒装芯片氮化镓基LED的珀塞尔因子和光提取效率的影响。仿真结果表明，在1000 A/cm2电流密度下，调制带宽估计为202 MHz。调制带宽的实验结果与仿真结果一致。该器件在1000 A/cm2电流密度下的光学f-3dB达到212 MHz，在2000 A/cm2电流密度下高达285 MHz。这种光子晶体倒装芯片LED的设计有望应用于高频可见光通信领域。
关键词： 珀塞尔效应、光子晶体、光提取效率、倒装芯片LED、可见光通信
更新于2025-09-11 14:15:04