用于POF的高性能共振腔发光二极管

提出用AlGaAs材料为n型下DBR,AlGaInP材料为p型上DBR,GaInP/AlGaInP多量子阱为有源区来制备650nm波长的共振腔发光二极管（RCLED）.用传输矩阵法对器件的结构进行了理论设计,并制备了RCLED和普通LED两种结构.测试结果表明,RCLED有更高的发光效率,是普通LED的近1.3倍,当注入电流从3mA增加到30mA时,RCLED的峰值波长只变化了1nm,而普通LED的波长则变化了7nm,且RCLED的光谱半宽窄,远场发散角小. 关键词： 发光二极管 共振腔 金属有机物化学气相淀积     

垂直腔面发射激光器的结构生长及特性研究

在偏〈111〉A 2°的GaAs (100) 衬底上生长了Al0.9Ga0.1As /Al0.2Ga0.8As周期结构的垂直腔面发射激光器（VCSEL）外延片P 型DBR的周期数为24.5对,N型DBR的周期数为34.5对.用光荧光 (PL) 谱、扫描电子显微镜 (SEM)和X射线双晶衍射 (XRD) 方法对VCSEL的光学特性和结构特性进行了分析室温量子阱材料的PL谱峰值波长为837.0 nm,半高宽达到28.9 nm在X射线双晶衍射回摆曲线中,除了“0”级衍射峰外,还观察到一级和二级卫星峰.“0”级双晶衍射峰的半高宽为12.56弧秒(″),衬底GaAs的衍射峰半高宽为11.79″.“0”级衍射峰半高宽与衬底GaAs的衍射峰半高宽比较接近,表明晶格具有很高的完整性.实验结果表明腔模波长为837.2 nm,腔模波长与PL谱峰值波长相匹配.     

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.     

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.     

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。     

基于相对光谱差异的非接触式LED结温测量方法

提出一种运用相对光谱的整体差异表征AlGaInP基LED结温的方法.首先使用光谱仪测量不同驱动电流、不同衬底温度下,不同颜色AlGaInP基LED的相对光谱,计算同一LED不同结温条件下相对光谱之间的差异,然后分析相对光谱差异与结温变化量之间的线性度,最后比较相对光谱差异法与峰值波长法测量的准确性.研究表明:相对光谱差异与LED结温变化成正比,相对光谱差异法的准确度和测量误差随光谱仪带宽的增大而增大.当光谱仪带宽为2nm时,其准确度优于采用带宽为1nm的峰值波长法;当带宽为5nm时,其准确度与带宽为1nm的峰值波长法相当.     

AlGaInP-Si glue bonded high performance light emitting diodes

We propose a new method of using conductive glue to agglutinate GaAs based AlGaInP light emitting diodes (LEDs) onto silicon substrate,and the absorbing GaAs layer is subsequently removed by grinding and selective wet etching.It was found that AlGaInP-Si glue agglutinated LEDs have larger saturation current and luminous intensity than the conventional LEDs working at the same injected current.The luminous intensity of the new device is as much as 1007.4 mcd at a saturation current of 125 mA without being encapsulated,while the conventional LEDs only have 266.2 mcd at a saturation current of 105 mA.The luminescence intensity is also found to increase by about 3.2% after working at 50 mA for 768 h.This means that the new structured LEDs have good reliability performance.     

半导体/超晶格分布布拉格反射镜的特性研究

在n+ GaAs (10 0 )衬底上由分子束外延技术 (MBE)生长了以 [GaAs/AlAs]超晶格替代AlxGa1-xAs所形成的新型AlAs/ [GaAs/AlAs]半导体 /超晶格分布布拉格反射镜 (DBR) ,并对此DBR的光、电学特性进行了实验测量。从实验获得的DBR的反射谱中得出 ,其反射谱中心波长为 85 0nm ,19周期此DBR的峰值反射率高达 99 5 % ,反射带宽度为 90nm左右。与此同时 ,由自行设计的二次钨丝掩模质子注入形成 15× 15 μm2 正方形电流注入区对 p型DBR的串联电阻进行了测量 ,克服了化学湿腐蚀法中腐蚀深度不易控制及侧面同时被腐蚀的缺点。实验得出此 p型DBR的串联电阻仅为 5 0Ω左右。由此可见 ,此DBR在保持高的反射率的同时具有较低的串联电阻。最后 ,对DBR的串联电阻与温度关系的实验研究表明 ,此DBR的串联电阻受温度的影响不大。     

电致发光的完全悬空超薄硅衬底氮化镓基蓝光LED器件的制备与表征

为提升硅衬底氮化镓基LED(发光二极管)器件的光电性能和出光效率,本文提出了一种利用背后工艺实现的悬空薄膜蓝光LED器件。结合光刻工艺、深反应离子刻蚀和电感耦合等离子体反应离子刻蚀的背后工艺,制备了发光区域和大部分正负电极区域的硅衬底完全掏空,并减薄大部分氮化镓外延层的悬空薄膜LED器件。对悬空薄膜LED器件进行三维形貌表征,发现LED悬空薄膜表面平坦,变形程度小,证明背后工艺很好地解决了氮化镓外延层和硅衬底之间由于应力释放造成的薄膜变形问题。表征了LED器件的电流电压曲线和电致发光光谱等光电特性,对不同结构、不同发光区域尺寸的LED器件进行对比,发现悬空薄膜LED器件的光电性能和出光效率比普通LED器件更优越,且发光区尺寸变化对LED器件性能的影响更明显。在15 V驱动电压下,与普通LED器件相比,发光区直径为80μm的悬空LED器件的电流从4.3 mA提升至23.9 mA。在3 mA电流的驱动下,峰值光强提升了约5倍,而发光区直径为120μm的悬空器件与发光区直径为80μm的悬空器件相比,出光效率提升更为明显。本研究为发展高性能悬空氮化物薄膜LED器件提供了更多可能性。     

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]     

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     

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。     

分布布喇格反射镜的反射特性

采用等效法布里珀罗(FP)腔方法对分布布喇格反射镜(DBR)的特性进行了研究,计算并讨论了上下两层DBR结构非对称模型反射率的变化.设计了DBR反射镜的反射谱中心波长为850nm的结构.随着DBR周期数的增加,腔反射率峰值逐渐增加.上下两层DBR反射镜的厚度由反射率和中心波长决定.实验表明,下DBR的周期数为30对左右,上DBR的周期数为20对左右,易实现激光输出.非对称的双层DBR的反射特性表明理论计算与实验结果基本一致.     

High-Efficiency ZnCdSe/ZnSSe/ZnMgSSe Green Light-Emitting Diodes

Green light-emitting diodes (LEDs) were fabricated employing a ZnCdSe/ZnSSe triple quantum-well (TQW) active region surrounded by ZnMgSSe cladding layers grown on an n-type (100) GaAs substrate by molecular beam epitaxy (MBE). A 3.5 mW pure green emission was observed for the surface-emitting LED device at a peak wavelength of 513.3 nm (2.415 eV) with a spectral half-width of 11.7 nm (55 meV) under a 20 mA (4.6 V) direct current at room temperature (25°C). These correspond to an external quantum efficiency of 7.2%, a power conversion efficiency of 3.8%, a luminous current efficiency of 66 lm/A, and a luminous efficiency of 14 lm/W.     

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。     

决定AlGaInP高亮度发光二极管光提取效率的主要因素

影响发光二极管光提取效率的主要因素有：出光表面状态、上电极和体内吸收．对于ＡｌＧａＩｎＰ高亮度发光二极管体内吸收主要是衬底和发光区的吸收．一般采用出光表面粗化、窗口层、ＤＢＲ反射器等措施来提高光提取效率．本文以自发辐射随机分布模型为基础，以ＡｌＧａＩｎＰ高亮度发光二极管典型结构的各种参数为依据，从理论上分析了这几种主要措施对光提取效率的影响．     

决定AlGaInP高亮度发光二极管光提取效率的主要因素

影响发光二极管光提取效率的主要因素有:出光表面状态、上电极和体内吸收.对于AlGaInP高亮度发光二极管体内吸收主要是衬底和发光区的吸收.一般采用出光表面粗化、窗口层、DBR反射器等措施来提高光提取效率.本文以自发辐射随机分布模型为基础,以AlGaInP高亮度发光二极管典型结构的各种参数为依据,从理论上分析了这几种主要措施对光提取效率的影响.