等离激元结构在提高AlGaInP发光二极管光提取效率中的应用

等离激元结构在亚波长范围具有独特的光学特征，能够在很小的尺度范围内有效调控光的吸收、散射、传播过程，临近半导体材料的等离激元结构还具有调控电荷产生、分离和复合过程的特性，往往能够有效提高光电转换器件效率。项目针对提高LED器件发光效率的重大需求，利用金属纳米等离激元结构从近场和远场两个角度研究等离激元与半导体的耦合机制和调控方法。取得的代表性研究成果包括：1）探讨了等离激元和半导体的耦合机理和方法：利用等离激元结构提升了间接带隙半导体磷化镓（GaP）的光致发光效率，发现了等离激元与GaP缺陷能级的耦合机制并提高了其光化学反应活性；2）丰富了等离激元结构在光电转换器件中的应用方法：利用原位反应技术制备的Ag等离激元结构将GaInP太阳能电池的量子效率提高了20%，利用三明治型夹层等离激元结构将光电探测器的量子效率提高了200%，利用等离激元和缺陷能级耦合开发了双带光电探测器，利用悬臂梁微结构研究等离激元结构的光热效应；3）自主开发了两种无掩模、无光刻胶的光提取结构的制备方法：利用激光干涉腐蚀法将AlGaInP LED的发光效率提高了70%，利用纳米压痕法将LED的发光效率提高了155%。该两种方法具有普适性，可以应用于大面积的图形结构制备。