以自我複製式光子晶體提升藍光發光二極體出光效率之模擬

Study of Light Extraction Enhancement on GaN-based Light-emitting diodes with Auto-Cloned Photonic crystal

陳怡萍(Yi-Ping Chen)

指導教授 ： 趙煦

國立清華大學/電機資訊學院/光電工程研究所/碩士(2008年)

摘要

發光二極體是在1950年末代由實驗室發展出來的。隨著科技的進步，現在已可以生產全系列的顏色(由藍色460nm至暗紅色660nm)，且其擁有發熱度低、省電、反應速率快、壽命長的優點奠定了其在固態照明的重要地位，目前被廣泛應用在照明、液晶螢幕背光、交通指示燈…等。然而發光二極體一直存在著一個問題，就是它的外部量子效率低。若是能提升其外部量子效率，使在發光層產生的光子可以更有效率的被粹取出來，整體的發光效率便能提升許多。利用光子晶體來提升出光效率是最普遍的方法之一，有藉由其表面週期性而產生的繞射特性成功的提升了63%出光效率[5]，也有在基板背部建立一一維光子晶體來利用其能隙特性而提升出光效率[7]。因此本研究中主要目的是利用二維光子晶體的能隙特性來增強往上傳播的光子量與光子晶體的繞射特性修正原本應該被全反射的光子行進方向，而允許更多的光子被萃取出以提升發光二極體的出光效率。並針對此結構建立了一套完整的分析流程，可以清楚知道光子晶體在發光二極體元件上的調變機制；以及建立了一完整的整體出光效率模擬模型，儘可能趨近實際發光二極體發光情形，來提高模擬的正確性。

關鍵字

光子晶體 ； 發光二極體

並列摘要

無資料

並列關鍵字

photonic crystal ； light-emitted diodes(LEDs)

參考文獻

[1] E.Yablonovitch," Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics," Phys. Rev. Lett.,vol.58, p. 2059, 1987.

[2] J. Sajeev, " Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices," Phys. Rev. Lett., vol. 58, p. 2486, 1987.

[3] A. A. Erchak, D. J. Ripin, P. Rakich, and J. D. Joannopoulos," Enhanced coupling to vertical radiation using a two-dimensional photonic crystal in a semiconductor light-emitting diode," Appl. Phys. Lett., vol. 78, p. 563, 2001.

[4] H. Ichikawa and T. Baba," Efficiency enhancement in a light-emitting diode with a two-dimensional surface grating photonic crystal," Appl. Phys. Lett., vol. 84, p. 457, 2004.

[5] T.N.Oder, K.H.Kim, and J.Y.Lin, " III-nitride blue and ultraviolet photonic crystal light emitting diodes," Appl. Phys. Lett.,vol. 84, p. 466, 2004.