新型全方位反射铝镓铟磷薄膜发光二极管

提出了一种新型全方位反射铝镓铟磷(AlGaInP)薄膜发光二极管(LED)的结构和制作工艺，在这个结构里应用了低折射率的介质和高反射率的金属联合作为反光镜.用金锡合金(80Au20Sn，重量比)作为焊料把带有反光镜的AlGaInP LED外延片倒装键合到GaAs基板上(RS-LED)，去掉外延片GaAs衬底，把被GaAS衬底吸收的光反射出去.通过与常规AlGaInP 吸收衬底LEDs(AS-LED)和带有DBR的AlGaInP 吸收衬底LEDs(AS-LED(DBR))电、光特性的比较，证明新型全方位反射AlGaInP薄膜LED结构能极大提高亮度和效率.正向电流20mA时，RS-LED的光输出功率和流明效率分别是AS-LED的3.2倍和2.2倍，是AS-LED(DBR)的2倍和1.5倍.RS-LED(20mA下峰值波长627nm)的轴向光强达到194.3mcd，是AS-LED(20mA下峰值波长624nm)轴向光强的2.8倍，是AS-LED(DBR)(20mA下峰值波长623nm)轴向光强的1.6倍. 关键词： 铝镓铟磷 薄膜发光管 全方位反射镜 发光强度     

基于共振腔发光二极管的DBR温度特性研究

分布式布拉格反射镜（DBR）是共振腔发光二极管（RCLED）的主要组成部分,其温度特性对RCLED的性能有着重要影响。基于650 nm红光RCLED,设计出由Al0.5Ga0.5As和Al0.95Ga0.05As组成的DBR结构。首先通过AlxGa1-xAs材料折射率的色散关系分析温度对AlxGa1-xAs材料折射率的影响,进而模拟了DBR反射谱的温度特性,得到随着温度升高DBR反射谱红移的结论,温漂速率为0.048982 nm/℃。通过MOCVD制备出30对Al0.5Ga0.5As和Al0.95Ga0.05As组成的DBR外延结构,并对其进行反射谱测试,发现随着温度升高反射谱出现了红移现象,温漂速率为0.049277 nm/℃,与模拟结果相近,验证了温度升高导致反射谱红移结论的正确性。     

顶部反射镜对GaN基共振腔发光二极管性能的影响研究

本文在Ga N基共振腔发光二极管(RCLED)顶部设计制备了高反膜结构分布式布拉格反射镜(DBR)和滤波器结构DBR,对比分析了两种反射镜的反射率曲线特征以及对应的RCLED器件的光输出纵模模式、光谱线宽和输出光强等性能差异,详细研究了顶部反射镜的光反射特性对RCLED器件输出光谱性能的影响机理.研究结果表明,顶部反射镜是RCLED的重要组成部分,其反射率曲线特征决定器件的光输出性能.常规高反膜结构DBR顶部反射镜的反射率曲线具有较宽的高反射带,将其作为顶部反射镜可有效压窄RCLED发光纵模线宽,但是发光光谱仍呈现多纵模光输出特征.滤波器结构DBR顶部反射镜的反射率曲线在中心波长处具有较窄的透光凹带,利用透光凹带对输出光的调制作用,器件可实现单纵模光输出,在光通信、光纤传感等领域展示了广阔的应用前景.通过进一步设计RCLED顶部反射镜结构,可以改变其反射率曲线特性,进而优化RCLED器件的输出光谱特性,以满足器件在多个领域的应用需求.     

温度对Al_(0.5)Ga_(0.5)As/AlAs分布布喇格反射器的反射谱影响

采用光学传输矩阵理论对Al0.5Ga0.5As/AlAs材料分布布喇格反射器(DBR)进行理论研究,分析了-10℃到100℃的范围内,温度变化对不同DBR结构的反射光谱影响.结果表明:随着温度的升高,传统20周期DBR的反射光谱向长波长方向移动,速率约0.05 nm/℃,其中由线热膨胀系数带来的影响小于0.001 nm/℃.当传统DBR的周期数增大时,温度对DBR光谱反射率的影响在减小,同时DBR的反射谱峰值波长发生红移.为了降低温度对DBR反射光谱的影响,提出一种新型的复式DBR结构.分析指出:该复式DBR比传统DBR有更大的反射光谱半峰宽,基本能覆盖同温度的AlGaInP LED电致发光光谱,这对提高LED的出光效率有现实意义.     

温度对Al0.5Ga0.5As/AlAs分布布喇格反射器的反射谱影响

采用光学传输矩阵理论对Al0.5Ga0.5As/AlAs材料分布布喇格反射器(DBR)进行理论研究,分析了－10℃到100℃的范围内,温度变化对不同DBR结构的反射光谱影响.结果表明：随着温度的升高,传统20周期DBR的反射光谱向长波长方向移动,速率约0.05 nm/℃,其中由线热膨胀系数带来的影响小于0.001 nm/℃.当传统DBR的周期数增大时,温度对DBR光谱反射率的影响在减小,同时DBR的反射谱峰值波长发生红移.为了降低温度对DBR反射光谱的影响,提出一种新型的复式DBR结构.分析指出：该复式DBR比传统DBR有更大的反射光谱半峰宽,基本能覆盖同温度的AlGaInP LED电致发光光谱,这对提高LED的出光效率有现实意义.     

GaN基蓝光发光二极管的波长稳定性研究

尽管GaN基蓝绿光发光二极管（LED）已进入大规模商品化阶段，但其发光波长随注入电流的变化仍是一个尚未解决的关键技术难题.同时，蓝绿光LED电注入发光光谱的半高全宽多为25nm以上.通过优化LED器件材料的生长条件和总应变量，获得了高质量的InGaN/GaN多量子阱LED外延片.由此制作的LED器件在0—120?mA的注入电流下，发光波长变化小于1nm.在20mA的正向电流下，其光谱半高全宽只有18nm，且随注入电流变化较小. 关键词： GaN 发光二极管 波长稳定性     

AlGaInP大功率发光二极管发光效率与结温的关系

目前,AlGaInP大功率发光二极管(LED)存在的主要问题是大电流工作时发热严重,主要是由于电流扩展不均匀、出光面电极对光子的阻挡和吸收以及器件材料与空气折射率之间的差距引起的全反射现象,这些因素造成大功率LED出光受到限制、发光效率低、亮度不高.提出了一种复合电流扩展层和复合分布式布拉格反射层(DBR)的新型结构LED,使得注入电流在有源区充分地扩散,同时提高了常规单DBR对光子的反射率.结果显示,这种新型结构LED比常规结构LED的性能得到了很大的提升,350 mA注入电流下两者的输出光功率分别为4 关键词： 复合电流扩展层 复合分布式布拉格反射层 出光效率 结温     

带介质分布式Bragg反射镜结构高性能共振腔发光二极管的研究

采用等离子体增强化学气相沉积高低频交替生长法生长了SiO₂/Si₃N₄透明介质分布式Bragg反射镜(DDBR), 提出了对DDBR采用干、湿法并用的腐蚀方法. 采用传输矩阵法理论分析了DDBR, 得出了为满足出光增益要求的反射率和DDBR结构. 使用光致发光(PL)谱仪测量分析了DDBR反射谱和光致发光谱, 获得了使光致发光谱辐射增强的DDBR结构, 在整个光致发光谱380–780 nm波段, 整体辐射增强1.058倍, 在谐振波长处辐射增强1.5倍, 半峰全宽值由23 nm变窄为10.5 nm, 获得了很好的光谱纯度. 利用最优DDBR结构制成了高性能共振腔发光二极管器件, 与普通结构相比, 实现了低开启电压1.78 V; 在20 mA注入电流下, 轴向光强提高了20%, 光功率和光效分别提高了27.7%和26.8%, 光功率衰减缓慢; 在0–100 mA注入电流下, 没有明显的下降趋势, 表现出了良好的温度稳定性. 关键词： 发光二极管 共振腔 介质分布式布拉格反射镜 辐射增强     

微电流高效率650nm谐振腔发光二极管

基于微腔理论和薄膜光学传输矩阵模型,设计并制备了孔径不同的谐振腔发光二极管.通过对外延结构的设计和对器件的制备与测试,详细研究了微腔结构、腔谱失谐以及有效辐射面积对器件发光效率、峰值波长和半波全宽等性能的影响,最终降低了器件的启亮电流并且提升了器件的外量子效率.制备的器件能够在100μA偏置电流下产生肉眼清晰可见的微瓦级光强,在1mA电流下达到0.16mW的光功率和7%的外量子效率.器件的峰值波长为650nm,并且在0.1~7mA范围内不随电流改变而发生变化.远场分布为均匀对称的圆形光斑,水平和竖直发散角分别为46°和48°.与普通发光二极管相比,该器件具有更高的发光效率和更好的单色性、方向性、波长稳定性,研究成果为实现微小电流驱动的高亮度发光器件提供了基础元件,并为谐振腔发光二极管在微电流下的光电特性研究提供参考与借鉴.     

6H-SiC衬底上AlGaN基垂直结构紫外LED的制备

利用金属有机物化学气相沉积方法,在n型6H-SiC衬底上制备了15对Si掺杂Al_(0.19)Ga_(0.81)N/Al_(0.37)Ga_(0.63)N DBR,并采用低温AlN缓冲层有效抑制了DBR结构中裂纹的产生,得到了表面均方根粗糙度仅为0.4 nm且导电性能良好的n型DBR,其在369 nm处峰值反射率为68%,阻带宽度为10 nm。在获得导电DBR的基础上,进一步在n型6H-SiC衬底上构建了有、无DBR的垂直结构紫外LED。对比两者电致发光光谱,发现DBR结构的引入有效增强了LED紫外发光强度。     

电流主动导引结构倒装AlGaInP LED

设计并制备了一种带有电流导引结构的新型倒装AlGaInP LED。实验结果表明,在20mA直流电流注入下,器件的电压为2.19V,输出光功率与普通倒装器件相比提高了17.33%。通过电流导引结构,使得器件注入电流被主动引导到电极以外部分,有效增大了上电极以外部分有源区中用于发光的有效载流子数目的比例,同时减轻了电流密度过大现象,大大提高了器件的出光效率。     

Reduction of surface defects on the GaP window layer of 630 nm AlGaInP LED using post-Zn diffusion process

We have investigated the characteristics of the surface of the GaP window layer of 630 nm AlGaInP LED, which was improved by post-Zn diffusion process. The measured resistance and the amount of hole concentration of the post-Zn-diffused GaP window layer have remarkably decreased and increased, respectively. Moreover, the ECV system showed that the amount of doping concentrations on the surface of the GaP window layer was significantly increased because of the diffusion of Zn atoms. The amount of surface defects observed on the post-Zn-diffused GaP window layer was also reduced. Furthermore, it was found out that the efficiency of 630 nm AlGaInP LED chip was increased due to the surface improvement of the GaP window layer. At an injection current of 40 mA, the LED chip with a Zn diffusion layer obtained a higher output power of 11 mW compared to the 7.5 mW output of the conventional LED chip.     

Red-enhanced white light-emitting diodes using external AlGaInP epilayers with various aperture ratios

A novel hybrid white light-emitting diode (LED) is proposed to enhance the red color and stability of the chromaticity under various operating currents using an AlGaInP photon-recycling (PR) epilayer. A blue/yellow white InGaN LED sample is covered with an external patterned AlGaInP epilayer. Under an optimum aperture ratio of 30%, the luminous efficiency of the PR-LED lamp can achieve a color coordinate of (x=0.340, y=0.295). When the injection current increases from 50 to 350 mA, the color temperature decreases from 4030 to 3700 K and the color rendering index increases from 81 to 86. These could be due to the fact that the AlGaInP epilayer was not attached onto the LED chip, alleviating the thermal effect on the color coordinate. The present white PR-LED samples have high potential for portable liquid-crystal-display backlight applications.     

入射角对Al0.5Ga0.5As-AlAs分布布拉格反射器反射光谱的影响

采用传输矩阵法对Al0.5Ga0.5As-AlAs材料的发光二极管分布布拉格反射器进行入射角的反射光谱研究,计算发现反射偏振光p和s随入射角的增大呈“V”形变化,在49.8°处有最小反射值。不同入射介质[以空气和限制层(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P材料]下的反射光谱受入射角的影响差异很大,其中入射角对空气入射介质的反射谱影响较小,由0°入射的反射率88.13%降至45°的84.94%,反射峰值波长蓝移仅10 nm;但入射角对(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P入射介质的反射谱影响很大,仅从0°到45°入射,反射率降幅就超过45%,反射峰值波长蓝移超过127 nm。为了减缓这种影响,提出了多波长布拉格反射器结构设计。计算表明多波长分布布拉格反射器在0ο~45°的入射角内比传统的分布布拉格反射器有更好的光谱特性,这对提高发光二极管的出光效率有现实意义。     

新型AlGaInP系发光二极管饱和特性与寿命的研究

针对AlGaInP系发光二极管(LED)电极阻挡出光、衬底吸收、全反射角小导致器件出光效率低、热积累大、饱和特性差等问题,提出了一种具有复合电流输运增透窗口层、复合DBR反射镜和电流阻挡层结构的新型LED,并测试了其饱和特性和寿命.电流分布模拟显示:新型LED电极下仅存在极小的无效电流;实验结果表明新型LED出光效率高,饱和电流大,饱和电流时光强约为常规LED的3倍,光电性能明显提升.器件饱和特性和老化实验研究显示:新型LED寿命长达17.8×104h,器件内部发热量低,具有高饱和特性和高可靠性,适合在大电流大功率下工作.     

AlGaInP thin-film LED with omni-directionally reflector and ITO transparent conducting n-type contact

In this paper a novel A1GalnP thin-film light-emitting diode （LED） with omni-directionally reflector （ODR） and transparent conducting indium tin oxide （ITO） n-type contact structure is proposed, and fabrication process is developed. This reflector is realized with the combination of a low-refractive-index dielectric layer and a high reflectivity metal layer. This allows the light emitted or internally reflected downwardly towards the GaAs substrate at any angle of incidence to be reflected towards the top surface of the chip. ITO n-type contact is used for anti-reflection and current spreading layers on the ODR-LED with ITO. The sheet resistance of the ITO films （95 nm） deposited on n- ohmic contact of ODR-LED is of the order 23.5Ω/△ with up to 90% transmittance （above 92% for 590-770 nm） in the visible region of the spectrum. The optical and electrical characteristics of the ODR-LED with ITO are presented and compared to conventional AS-LED and ODR-LED without ITO. It is shown that the light output from the ODR-LED with ITO at forward current 20mA exceeds that of AS-LED and ODR-LED without ITO by about a factor of 1.63 and 0.16, respectively. A favourable luminous intensity of 218.3 mcd from the ODR-LED with ITO （peak wavelength 620 nm） could be obtained under 20 mA injection, which is 2.63 times and 1.21 times higher than that of AS-LED and ODR-LED without ITO, respectively.[第一段]     

注入电流对绿光高压LED光电特性的影响

设计并制备了12 V 的GaN基绿光高压发光二极管（LED）,并对其进行了变电流测试。研究了绿光高压LED的正向电压、峰值波长、光功率以及光效等重要参数随注入电流的变化关系,电流变化范围为3~50 mA,测试温度为25 ℃。实验结果表明：电流对绿光高压LED的光电特性有很大影响。在驱动电流为20 mA时,对应电压为14 V。随着注入电流的增大,峰值波长蓝移了2 nm。随着电流的增大,光功率近似于线性增加。在注入电流从3 mA增大到20 mA的过程中,光效降低了约61%;在注入电流从20 mA增大到50 mA的过程中,光效降低了约39%。这说明高压LED在大电流驱动时,光效降低的幅度比较缓慢。上述结果对 GaN基绿光高压 LED 的改进优化具有一定的参考价值。