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。     

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。     

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。     

入射介质对GaN基分布布拉格反射器的反射谱影响

利用传输矩阵法对不同入射介质的GaN基分布布拉格反射器(DBR)进行了反射谱的理论分析。计算表明,入射介质的折射率与低周期DBR反射率呈二次函数关系,与高周期DBR反射率近似线性关系。根据这些特点,推导出估算DBR在LED器件中的实际反射率公式。分析了从空气和Al_(0.4)Ga_(0.5)In_(0.1)N入射介质下不同GaN基DBR结构的反射光谱差异。为减弱入射介质对DBR反射谱的影响以及改善材料结构的质量,设计了半混合GaN基DBR结构。分析指出,半混合DBR在材料结构生长和光谱方面比传统DBR更有优势。     

GaN 基蓝光发光二极管分布布拉格反射器的设计

采用传输矩阵法对GaN基蓝光发光二极管分布布拉格反射器(DBR)反射光谱进行研究.计算发现正入射时S偏振(TE模)与P偏振(TM模)反射带是一致的; S偏振和P偏振反射带随着入射角的增大都向高频(短波)方向移动,且两者之间的差别也随之增大,DBR反射带蓝移快慢与入射介质相关;低折射率入射介质时DBR具有更宽角度响应.通过修改结构参数多次计算表明;入射角修正的方法能较快地找到提高全方向反射的结构.复合DBR以降低反射率或者成倍增加膜层厚度为代价实现大角度范围的反射,复合DBR比传统DBR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.     

GaN基蓝光发光二极管分布布拉格反射器设计研究

采用传输矩阵法对GaN基蓝光发光二极管分布布拉格反射器（DBR）反射光谱进行研究。计算发现正入射时S偏振(TE模)与P偏振(TM模)反射带是一致的;S偏振和P偏振反射带随着入射角的增大都向高频(短波)方向移动,且两者之间的差别也随之增大,DBR反射带蓝移快慢与入射介质相关;低折射率入射介质时DBR具有更宽角度响应。通过修改结构参数多次计算表明：入射角修正的方法能较快的找到提高全方向反射的结构。复合DBR以降低反射率或者成倍增加膜层厚度为代价实现大角度范围的反射。复合DBR比传统DBR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。     

垂直腔面发射激光器DBR结构反射特性分析

采用等效法布里-珀罗（F-P）腔方法对垂直腔面发射激光器（VCSEL）的上、下两层分布布喇格反射（DBR）结构的特性进行了研究，计算并讨论了上、下两层DBR结构在不同对称模型、不同周期数时对微腔结构的反射率的影响。得出反射面DBR结构的周期数为30左右，出光面DBR结构的周期数20左右，易实现激光输出，与实际设计基本一致。     

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。     

原子层沉积法制备高反射率的分布式布拉格反射镜

为提高GaN基发光二极管(LED)的发光强度,制备TiO₂/Al₂O₃分布式布拉格反射器(DBR)来提高其外量子效率是一种有效的方法。原子层沉积(ALD)法所制备的薄膜具有良好的均匀性,适合用来制备反射器材料。同时,TiN薄膜具有良好的类金属性质,且与TiO₂之间具有良好的粘附性,因此在DBR基础上再采用TiN反射层可以将反射率进一步提高。Matlab软件模拟结果表明,3~6周期厚的DBR,其反射率随厚度增加而提高。其中6周期DBR的反射率为95%,加上TiN薄膜后反射率可以得到进一步提高。实验结果与模拟结果吻合,6周期DBR+TiN结构的反射率达到99%。给带有该结构的LED注入50mA电流时,LED光输出功率(LOP)相对没有该结构的器件提升了约68.3%。     

数值分析渐变DBR对垂直腔面发射激光器谐振腔模的影响

通过数值分析研究了含线性渐变层的Al0.9Ga0.1As/AlyGa1-yAs/GaAs/AlxGa1-xAS DBR的光学特性及其对VCSEL谐振腔光学特性的影响,建立了渐变型DBR渐变层厚度与折射率的关系,通过特征矩阵法计算了突变GaAs/Al0.9Ga0.1AS DBR和渐变型DBR的反射谱和反射相移,分析了渐变层对DBR反射率和反射相移的影响.对渐变型DBR,要使VCSEL谐振腔满足中心波长相位匹配条件,还需要在DBR靠近谐振腔一侧的最前面增加一定厚度的渐变层,称为相位匹配层.通过计算,我们得到了使VCSEL谐振腔满足相位匹配条件时均匀层和相位匹配层的厚度.     

谐振腔增强型红外光电探测器的反射镜的分析与优化设计

针对顶镜和底镜最上层厚度为二分之一中心波长的分布布拉格反射镜(DBR),引入了现代光学薄膜技术中"虚设层"的概念,并进行了详细的理论分析和说明,用传输矩阵法推导了DBR的反射率,对其顶镜和底镜的反射率在真实器件的条件下进行计算,仿真得到了采用不同的顶层厚度的DBR的反射率及其与Si-DiO2层的对数、波长等的关系,证明了"虚设层"理论分析的正确性,对设计高性能谐振腔增强型红外光电探测器具有指导意义.     

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.     

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。     

Chirped GaAs-AlAs distributed Bragg reflectors for high brightness yellow-green light-emitting diodes

A novel chirped distributed Bragg reflector (CDBR) structure was grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) on a GaAs substrate where the optical thickness of each pair decreases monotonically from the bottom of the structure to the top surface. It was found that the fabricated CDBR structure can reflect yellow-green light with a maximum reflectivity of more than 80%, and it can reflect light more efficiently in a wider wavelength range than the conventional DBR structure. Yellow-green AlGaInP LED's with the CDBR structure and the conventional DBR structure were both fabricated. It was found that by using the CDBR structure, one can achieve a higher luminescence intensity.     

（论坛）采用ALD方法制备TiO2/Al2O3布拉格反射镜并配合金属反射镜来增强背镀结构的反射效率

文中首次采用原子层沉积法制备TiO2/Al2O3布拉格反射镜并配合金属反射镜来制备了高反射率的背反射镜。制备的多层布拉格反射镜加Al镜和多层布拉格反射镜加Ag镜有很好的平整度和厚度的精确性,并且反射率高于96%。此外,TiO2/Al2O3布拉格反射镜和Al与蓝宝石衬底都有良好的粘合性,这样可以节省制备步骤并且可以得到高质量的背反射镜。利用原子层沉积技术和TiO2/Al2O3布拉格反射镜,我们得到了高反射率,角度依赖性小,更加稳定以及均一性更好的背反射镜,可以满足高亮度LED的需求。