新型垂直腔面发射激光器的最优化设计模式

本文通过提出具有优点为微分量子效率可以大于l的一种新型多有源区隧道再生应变量子阱垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs)结构，可得到阈值电流更小、输出功率更大的器件。同时，通过对这种器件功率效率的分析，总结出针对这种新型结构的以固定工作电流及串联电阻为参数的最优化DBR反射率公式，并且就功率效率与工作电流、串联电阻及反射率的关系进行了讨论，这将对器件的合理设计以及器件制备具有实质性的指导作用。     

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%。     

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。     

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。     

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.     

应用于白光LED倒装芯片的DBR反射镜

结合数值模拟与实验测试,对一种可应用于白光LED倒装芯片的分布式布拉格反射镜(DBR)的反射率特性进行研究。结果表明,25个周期的DBR膜系能够满足400~650 nm的反射要求。与传统银/钛钨合金(Ag/TiW)金属反射镜进行了比较。在白光的450~460 nm波段,DBR的反射率比传统金属反射镜高出约3.4%。与金属结构的传统反射镜芯片相比,具有DBR结构的白光LED芯片的辐射功率提高了3.59%。     

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.     

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。     

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.     

垂直腔面发射激光器DBR结构参数的优化设计

采用光学传递矩阵法 ,研究了生长偏差对分布布拉格反射 (DBR)结构反射特性的影响 ,并探讨了两种DBR结构改进方案。结果表明 ,周期厚度偏差将使DBR反射谱发生较大偏移 ,在相位匹配条件下减小高折射层厚度可以降低DBR吸收损耗、提高反射率 ,反向改变顶层和底层DBR周期厚度可以提高垂直腔面发射激光器边模抑制比     

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%。     

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...     

Analysis of wavelength conversion using a multisection DBR laserwith a saturable absorber

The static performance of a wavelength converter obtained by a multisection distributed Bragg reflector (DBR) laser with a saturable absorber between two gain sections is analyzed. For this device an optical input signal at one given wavelength is converted into an output signal at the lasing wavelength. The performances are evaluated in terms of conversion efficiency, suppression ratio, and minimum input power needed for wavelength conversion. It is shown that a proper choice of the injected signal wavelength with respect to the lasing wavelength enhances the conversion efficiency and the suppression ratio and reduces the switching power. The performance can be enhanced also by increasing the electrical current applied to the first gain section provided that the second gain section is biased above the transparency level. The authors have shown that reduction of the front facet reflectivity results in a dramatic increase for the conversion efficiency. The sensitivity to the electrical bias condition and to the resonant condition of the injected signal with respect to the cavity has also been investigated     

Detection of terahertz radiation with diode lasers

A standard commercial semiconductor is shown to be able to detect terahertz (THz) radiation at room temperature. A voltage variation across the active region of the device upon incident THz radiation is measured. The detected voltage signal scales linearly with the THz intensity measured with a Golay cell. A detailed analysis shows that thermal effects following the THz absorption by the carrier plasma play an important role in this detection process.     

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。     

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。     

Resonant‐Enhanced Full‐Color Emission of Quantum‐Dot‐Based Display Technology Using a Pulsed Spray Method

Colloidal quantum‐dot light‐emitting diodes (QDLEDs) with the HfO₂/SiO₂‐distributed Bragg reflector (DBR) structure are fabricated using a pulsed spray coating method. Pixelated RGB arrays, 2‐in. wafer‐scale white light emission, and an integrated small footprint white light device are demonstrated. The experimental results show that the intensity of red, green, and blue (RGB) emission exhibited considerable enhancement because of the high reflectivity in the UV region by the DBR structure, which subsequently increases the use in the UV optical pumping of RGB QDs. A pulsed spray coating method is crucial in providing uniform RGB layers, and the polydimethylsiloxane (PDMS) film is used as the interface layer between each RGB color to avoid cross‐contamination and self‐assembly of QDs. Furthermore, the chromaticity coordinates of QDLEDs with the DBR structure remain constant under various pumping powers in the large area sample, whereas a larger shift toward high color temperatures is observed in the integrated device. The resulting color gamut of the proposed QDLEDs covers an area 1.2 times larger than that of the NTSC standard, which is favorable for the next generation of high‐quality display technology.     

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。     

Room temperature pulsed operation of 1.5 μm GaInAsP/InPvertical-cavity surface-emitting laser

Room-temperature pulsed operation of a GaInAsP/InP vertical-cavity surface-emitting laser diode (VCSELD) with an emission wavelength near 1.55 μm is reported. A double heterostructure with a 34-pair GaInAsP (λ_g=1.4 μm)/InP distributed Bragg reflector (DBR) was grown by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). The measured reflectivity of the semiconductor DBR is over 97% and threshold current is 260 mA for a 40-μmφ device with a 0.88-μm-thick active layer. Threshold current density is as low as 21 kA/cm² at room temperature     

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。