提高量子點發光效率的環形光子晶體結構設計

王 銳，張 浩，馬 奎，楊發順

(貴州大學 大數據與信息工程學院，貴州 貴陽 550025)

光子晶體是目前熱門的新型光學材料[1]，其原理是通過周期的排列不同折射率的介質使之形成光子帶隙，在禁帶能量范圍之內的光子將不能傳播[2]。它類似于半導體電子禁帶，具有“光子局域”和“光子帶隙”特性，可以調控光子[3]。目前光子晶體光纖已經進入實際應用的階段，而用其制作的濾波器、激光器等器件也較為成熟[4]。鑒于光子晶體的實際應用前景，研究表明圓形光子晶體微腔不能高效的同時兼顧TE和TM，且是一種形成偏振的結構。因此設計一種既無偏振又能有效兼顧TE和TM的新型光子晶體結構很有意義。本文中設計的是新型無偏振環形光子晶體結構[5]。

量子點(Quantum Dots，QDs)是低維半導體材料[6]，量子點的典型尺寸是1～12 nm之間。其微小尺寸而顯示出獨特的性質[7]，如特殊的光學、光電學等非線性光學性質[6]，受到各領域密切關注。把量子點和光子晶體有效結合起來[8]，利用光子晶體的光子帶隙效應提高其發光效率[9]，具有良好的應用前景。本文設計了一種環形光子晶體結構[5]，通過結構參數的優化，得到了光子帶隙在533 nm處，能有效提高量子點發射光譜在533 nm處的發光效率，從理論研究上拓展了量子點的應用范圍。

1 光子晶體的結構設計

在氮化鎵基質上刻蝕出了周期性環形孔洞，圖1是本文設計的二維氮化鎵無偏振環形光子晶體的結構圖。角型結構在倒格子矢量空間上的3個高對稱點分別是用M、Κ和Г表示，光入射到環形光子晶體結構與豎直方向之間的夾角是Θ，二維氮化鎵層的厚度是d表示。……