基于DBR结构的蓝光及白光GaN LED的制备及光学性能改善

为改善GaN基发光二极管(LED)的光学性能，设计并制备了具有高反射率与宽反射带宽的SiO₂/Ti₃O₅分布式布拉格反射镜(DBR)结构的蓝光和白光GaN LED。制备了具有不同周期数的DBR结构，其中，17周期DBR结构在400～660 nm波长内平均反射率超过99.3%,其反射带宽度达到231 nm。测试并比较了封装后的基于DBR结构的LED芯片的电学与光学特性。通过电流-光输出功率(I-L)特性测试，发现具有17周期DBR结构的蓝光LED的光输出功率比5周期的提升了6.7%,而白光LED的光输出功率则提升了9.7%。在约100 mA的直流注入电流下，蓝光和白光LED的最大光输出功率分别达到134.9 mW和108.4 mW。     

LED芯片DBR反射镜优化设计

讨论了反射镜反射率对LED光提取效率的影响,并基于芯片与封装协同设计的原理,针对蓝光和黄光波段,通过TFcalc膜系仿真软件设计和优化了分布式布拉格反射镜(DBR)膜系。仿真结果表明,单堆栈DBR结构最大反射带宽为134nm,而双堆栈DBR结构最大反射带宽可拓展至216nm。利用参考波长红移的方式,可以缓解DBR反射特性随入射角度增加而出现的反射谱线蓝移现象。金属增强型DBR结构能够减小反射偏振效应,提高反射带宽和平均反射率,并能够减小DBR厚度,从而显著改善芯片的散热性能。     

基于高反射率DBR薄膜的倒装LED电极结构优化设计

为提升LED芯片的光提取效率和电流扩展能力,设计了双金属层环形叉指结构ITO/DBR电极的大功率倒装LED芯片,并对分布式布拉格反射镜(DBR)薄膜和环形叉指电极结构进行了仿真优化计算。利用TFcalc软件仿真计算了DBR堆栈方式、堆栈周期和参考波长对DBR反射率的影响。仿真结果表明,优化设计的双堆栈DBR薄膜在234nm宽波长范围内反射率均高于95%,对应蓝黄光区域(440~610nm)平均反射率高达98.95%,参考波长红移可以缓解DBR反射偏振效应。利用SimuLED软件仿真计算了电极结构对芯片电流扩展能力的影响。仿真结果表明,350mA电流输入情况下,单金属层电极电流密度均方差为44.36A/cm²,而双金属层环形叉指数目为3×3时,电流密度均方差降至14.37A/cm²。双金属层环形叉指电极降低了p、n电极间距,减小了电流流动路径,芯片电流扩展性能明显提升。     

具有ODR结构的高压倒装氮化镓基发光二极管

通过在传统ITO+DBR膜系结构基础上令电极金属与DBR层形成ODR(全角反射镜)膜系结构的方法,设计并制备了具有ODR结构的高压倒装氮化镓基发光二极管,有效提高了LED芯片的光效。ODR结构由DBR(分布布拉格反射镜)层上联接芯粒的电极金属和DBR层组成,经过理论分析和计算,与传统ITO+DBR结构器件相比,在400～550nm波长范围、全角度入射时平均反射率Rave从86.25%提升到了96.71%。实验制备了传统ITO+DBR结构和ODR结构的3颗芯粒串联的高压倒装氮化镓基LED器件,尺寸为0.2mm×0.66mm,ODR结构器件的有效反射结构面积增加了4.8%,饱和电流增加了12mA,用3030支架封装后在30mA的测试电流下,电压降低了0.163V,辐射功率提升了3.78%,在显色指数均为71时光效提升了5.42%。     

全反射镜结构对AlGaInP发光二极管发光效率的影响

采用计算机模拟的方法,计算了SiO2/Al,ITO/Al,SiO2/Au和ITO/Au全方位反射镜结构和分布式布拉格反射镜的反射特性.用PECVD和溅射设备制作了Glass/SiO2/Au结构,用LP-MOCVD生长了DBR结构,并测量了其反射特性,实验与模拟结果基本吻合.从模拟和实验的结果得到,SiO2/Au ODR结构在波长为630nm的垂直入射光下反射率很高,达到91%以上.对于不同角度的入射光,SiO2/Au在20°～85°都有很高的反射率,远高于DBR结构的反射率.在实际器件测试中,ODR结构的AlGaInP红光LED比无DBR结构的LED提高了115%,比DBR结构的LED提高了28%.这说明,ODR结构与DBR结构相比可以大幅提高红光LED的出光效率.     

全反射镜结构对AlGaInP发光二极管发光效率的影响

采用计算机模拟的方法,计算了SiO2/Al,ITO/Al,SiO2/Au和ITO/Au全方位反射镜结构和分布式布拉格反射镜的反射特性.用PECVD和溅射设备制作了Glass/SiO2/Au结构,用LP-MOCVD生长了DBR结构,并测量了其反射特性,实验与模拟结果基本吻合.从模拟和实验的结果得到,SiO2/Au ODR结构在波长为630nm的垂直入射光下反射率很高,达到91%以上.对于不同角度的入射光,SiO2/Au在20°～85°都有很高的反射率,远高于DBR结构的反射率.在实际器件测试中,ODR结构的AlGaInP红光LED比无DBR结构的LED提高了115%,比DBR结构的LED提高了28%.这说明,ODR结构与DBR结构相比可以大幅提高红光LED的出光效率.     

高亮度AIGalnP红光发光二极管

对用于提高AlGaInP红光发光二极管(LED)出光效率的分布布拉格反射镜(DBR)和增透膜进行了分析,用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长了包含DBR和增透膜的LED,在20mA注入电流下,LED的峰值波长为623nm,光强达到200mcd,输出光功率为2.14mW。与常规的LED相比,光强和输出光功率有很大的提高。     

高亮度AlGaInP红光发光二极管

对用于提高AlGaInP红光发光二极管(LED)出光效率的分布布拉格反射镜(DBR)和增透膜进行了分析,用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长了包含DBR和增透膜的LED,在20 mA注入电流下,LED的峰值波长为623 nm,光强达到200 mcd,输出光功率为2.14 mW.与常规的LED相比,光强和输出光功率有很大的提高.     

蓝光波段高反射率AlN/GaN分布布拉格反射镜的制作

采用金属有机物化学气相沉积方法制备了蓝光波段高反射率AlN/GaN分布布拉格(DBR)反射镜.利用金相显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜以及分光光度计等测量手段对样品的物理特性进行了分析表征.结果显示样品的表面有少量圆形台面结构和裂纹出现,但在其他区域,样品具有较为平整的表面.该样品在462.5 nm附近获得最大反射率99.4%,表面均方根粗糙度小至2.5 nm.分析表明,所得DBR达到了制备GaN基垂直腔面发射激光器的要求.     

MOCVD生长高反射率AlN/GaN分布布拉格反射镜

利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石c面衬底上制备出高反射率AlN/GaN分布布拉格反射镜(DBR).利用分光光度计测量,在418 nm附近最大反射率达到99%.样品表面显微照片显示,有圆弧形缺陷和少量裂纹出现;在缺陷和裂纹以外的区域,DBR具有较为平坦的表面,其粗糙度在10μm×10μm面积上为3.3 m左右.样品的截面扫描电镜(SEM)照片显示,DBR具有良好的周期性.对反射率和表面分析的结果表明,该样品达到了制备GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)的要求.     

透明导电ITO欧姆接触的AlGaInP薄膜发光二极管

提出了一种透明导电氧化铟锡(ITO)欧姆接触的AlGaInP薄膜发光二极管(LED)的结构和制作工艺.在这个结构里,ITO还作为窗口层材料,增强电流扩展,并应用了高反射率的金属作为反光镜.用Au-Sn合金(Au∶Sn＝8∶2,重量比)作为焊料,把带有金属反光镜的AlGaInP LED(RS-LED)外延片倒装键合到GaAs基板上,并去掉外延GaAs衬底,把被GaAs衬底吸收的光反射出去.与常规AlGaInP吸收衬底LEDs(AS-LED)和带有分布布拉格反光镜(DBR)的AlGaInP吸收衬底LEDs(DBR-AS-LED)电、光特性的比较,用透明导电ITO做欧姆接触的AlGaInP薄膜RS-LED结构能极大提高光输出功率和发光强度.正向电流20 mA时,RS-LED的光输出功率分别是AS-LED和DBR-AS-LED的2.4倍和1.7倍;RS-LED 20 mA下峰值波长624 nm的轴向光强达到了179.6 mcd,分别是AS-LED 20 mA下峰值波长627 nm和DBR-AS-LED 20 mA下峰值波长623 nm轴向光强的2.2倍和1.3倍.     

高反射性电流阻挡层用于提高InGaN/GaN发光二极管的光输出功率

由SiO₂/TiO₂分布布拉格反射镜(DBR)和Al镜组成的混合式反射电流阻挡层用于提高InGaN/GaN发光二极管的光输出功率。混合式反射电流阻挡层不仅增强了电流扩展效应而且有效的将射向p金属电极的光子反射防止其对p电极焊点附近光子的吸收。实验结果表明,淀积在p-GaN上1.5个周期的SiO₂/TiO₂DBR和Al镜在455nm垂直入射时的反射率高达97.8%。在20mA的工作电流下,与没有电流阻挡层的发光二极管相比,生长1.5对SiO₂/TiO₂ DBR和Al镜作为电流阻挡层的发光二极管的光输出功率提高了12.5%,且光输出功率的分布更加均匀。     

一种微腔有机发光二极管的设计与性能研究

设计了PPV为发光层、Ag和DBR为上下反射镜、结构为Glass/DBR/ITO/PPV/Ag的微腔有机发光二极管。应用特征矩阵法,系统地研究了DBR和银镜的性质对器件性能的影响。结果表明:1)当金属厚度较小时,随着厚度的增加,器件的反射峰值不断增加并且蓝移,但是当厚度达到100 nm后,再增加厚度反射谱基本上没变化;2)随着DBR周期数的增加,器件的反射谱峰值不断增大,峰值半宽度不断变窄。3)器件的EL谱的峰值随着金属反射率的增加不断增大,而随着DBR反射率的增加是先增加后减小的。并给出了不同条件下DBR的最优化选择依据。     

In situ growth monitoring of AlGaN/GaN distributed Bragg reflectors at 530 nm using a 633 nm laser

The metal-organic chemical vapor deposition(MOCVD) growth of AlGaN/GaN distributed Bragg reflectors (DBR) with a reflection peak at 530 nm was in situ monitored using 633 nm laser reflectometry.Evolutions of in situ reflected reflectivity for different kinds of AlGaN/GaN DBR were simulated by the classical transfer matrix method.Two DBR samples,which have the same parameters as the simulated structures,were grown by MOCVD.The simulated and experimental results show that it is possible to evaluate the DBR...     

用633nm的激光器监控峰值波长为 530nm的AlGaN/GaN DBR的生长

本文从理论和实验上研究了用633nm激光器干涉仪监控峰值反射波长为530nm的1/4光学厚度的AlGaN/GaN 分布布拉格反射器（DBR）的生长。首先采用传输矩阵法从理论上研究了不同周期厚度的AlGaN/GaN DBR的实时反射率随DBR生长厚度的变化。接着采用金属有机化合物气相外延法生长了两个与模拟结构相同的DBR样品。仿真结果和实验结果表明能够从DBR实时反射率随生长厚度变化的曲线形状判断DBR的结构参数。最后通过激光干涉仪实时监控生长了DBR发光二极管,光致发光实验证明DBR对发光二极管出射光的加强作用在期望波长范围内。     

垂直结构GaN基LED用Ni/Ag反射镜电极

Ni/Ag/Ti/Au金属系反射镜电极广泛用于GaN基垂直结构发光二极管(LED)的传统制造工艺.这种电极需要进行高温长时间整体退火才能获得高质量的欧姆接触,但对电极的反射率和器件性能影响较大.介绍了一种新工艺方法,该方法将电极分解为接触层和反射层,降低反射层经历的退火温度和时间,获得了拥有良好的欧姆接触特性和高反射率的反射镜电极,解决了传统电极光学性能和电学性能相互制约的问题.首先生长极薄的Ni/Ag作为接触层,对接触层进行高温长时间退火后再生长厚层Ag作为反射层,之后再进行一次低温退火.使得对反射起主要作用的反射层免于高温长时间退火,相较于传统Ni/Ag/Ti/Au电极,该方法在获得更优良的欧姆接触的同时,提升了电极的反射率.在氧气氛围下进行500℃接触层退火3 min,400℃整体退火1 min后,电极的比接触电阻率为1.7×l0-3Ω·cm2,同时在450 nm处反射率为93％.     

垂直腔半导体光放大器中的等效反射率分析

为了优化垂直腔半导体光放大器（VCSOA）在不同应用中的性能，以及用通用计算方法获得准确的端面反射率，考虑到器件内部光场分布特点，采用角频谱理论和传输矩阵的方法，取得了器件中分布布喇格反射器（DBR）等效反射率与光束半值谱宽的数据，进行了理论分析和实验验证。结果表明，等效反射率随着结构周期增加而变大，但是当周期大于25时基本不再变化；与只考虑正入射情况相比，修正后的DBR等效反射率小了2%~4%；等效反射率随着半值谱宽θ_FWHM增大而减小。该研究为准确计算膜堆层数对DBR等效反射率的影响提供理论指导，优化了VCSOA的工作性能。