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亚波长金属光栅结构是近年来迅速发展起来的纳米功能元件之一。将亚波长光栅结构和GaN基LED发光芯片集成一体,在提高出光效率的同时,使LED具有直接偏振出光功能,对掌握光电子器件核心技术具有重要的意义。这种高效偏振出光的LED在集成光子学、光电子器件和新型光显示技术等都有着广阔的应用前景。 本论文主要对GaN基LED表面的亚波长金属光栅结构的理论设计和制作方法展开了研究,主要包括以下几方面: 1.利用等效介质理论分析了GaN表面介质膜结构,通过对过渡介质层的优化,实现了对光传导的调控,改善了结构的光学性能。利用FDTD方法研究了GaN基LED表面嵌入式复合光栅结构,分析了光栅材料性质和结构尺寸,包括过渡介质层和复合光栅的材料、过渡介质层薄膜厚度、复合光栅的周期、占空比和深度等等,说明了在GaN基底和光栅层之间引入过渡介质层结构,可以增强蓝绿光波段 LED的的偏振出光。 2.在GaN基LED的表面设计了两种新型的表面微纳偏光结构:(1)空气隙偏振型金属光栅结构,由于更多的能量被局域在空气隙内,近场耦合增强,使得更多的TM光透过,该结构的偏振透射率达到88％,消光比为37dB,匹配波段几乎覆盖整个可见光范围,且光栅周期设计达到200nm;(2)纳米颗粒阵列的亚波长金属光栅结构,绿光波段透射率达到84％,消光比为26dB,而且纳米颗粒阵列结构可以降低凹槽填充的难度。 3.介绍了亚波长金属光栅结构的制备工艺,研究了光刻剥离工艺和全息-离子束刻蚀工艺。采用紫外激光双光束干涉光刻技术和剥离工艺,初步研究制作了330nm周期的复合光栅结构,扫描探测了所得光刻胶光栅掩膜的形貌,并对光栅结构进行了偏振性能测试。