諧振腔發(fā)光二極管材料測(cè)試與器件設(shè)計(jì).pdf

1、目前，遠(yuǎn)程光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)得到了飛速的發(fā)展，與之相比，短程光通信的發(fā)展卻要慢得多。因此，短距離信息傳輸技術(shù)將是未來(lái)光電子技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域，低價(jià)、長(zhǎng)壽命和高可靠性的光發(fā)射器件是短距離光纖傳輸技術(shù)實(shí)用化的關(guān)鍵。諧振腔發(fā)光二極管(RCLED)作為短程塑料光纖通信的光源，是介于垂直腔面發(fā)射激光器和發(fā)光二極管之間的一個(gè)很好的折中，具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。從1992年提出RCLED概念和結(jié)構(gòu)以來(lái)，其研究和發(fā)展就得到了普遍的關(guān)注。本文對(duì)RCL

2、ED重點(diǎn)進(jìn)行了材料分析和器件設(shè)計(jì)，具體工作如下： 首先對(duì)傳統(tǒng)平面LED在外量子效率方面面臨的問(wèn)題進(jìn)行分析，指出介質(zhì)折射率差產(chǎn)生的臨界角是引起LED提取效率偏低的主要因素。RCLED相比傳統(tǒng)LED，有更高的發(fā)光效率、更窄的光譜半寬和更小的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角，從而拓寬了發(fā)光二極管的應(yīng)用范圍。 闡述了RCLED的F-P微腔理論，著重分析了組成諧振腔結(jié)構(gòu)的重要組成一—布拉格反射鏡(DBR)。討論了用于紅光LED的DBR在材料選擇、折射率

3、計(jì)算和光學(xué)性質(zhì)等方面的特點(diǎn)?；诠鈱W(xué)薄膜傳輸矩陣法模擬了反射率與DBR對(duì)數(shù)的關(guān)系和DBR的反射譜，并給出了DBR對(duì)RCLED特性影響的理論分析。 用X射線雙晶衍射和熒光光譜法等手段對(duì)用于RCLED中的半導(dǎo)體材料進(jìn)行了表征。為了了解RCLED器件結(jié)構(gòu)中所用的不同外延材料的生長(zhǎng)情況，實(shí)驗(yàn)中用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)生長(zhǎng)了不同材料的單層結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行了X射線雙晶衍射實(shí)驗(yàn)和PL譜測(cè)試。用運(yùn)動(dòng)學(xué)等方法計(jì)算了單層材料的組分、厚

4、度以及晶格失配，并通過(guò)與動(dòng)力學(xué)理論模擬結(jié)果的對(duì)比分析，為RCLED器件的材料生長(zhǎng)控制提供了參考。同時(shí)，生長(zhǎng)了GaInP/AlGaInP量子阱結(jié)構(gòu)，測(cè)試了XRD搖擺曲線和PL譜。在單層材料生長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，分別制備了RCLED的上下DBR和諧振腔結(jié)構(gòu)，測(cè)試了白光反射譜。由與模擬結(jié)果的比較分析，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)生長(zhǎng)的DBR及諧振腔結(jié)構(gòu)均符合設(shè)計(jì)要求。 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并成功制備了RCLED器件?；诶碚撛O(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)生長(zhǎng)了三種分別有15、10和5對(duì)AlGa

5、InP上DBR的650nmRCLED，通過(guò)對(duì)器件的光譜半寬、光功率和光場(chǎng)分布進(jìn)行的測(cè)試比較，得到15對(duì)上DBR的器件特性最好，在30mA注入電流下，其光譜半寬為13.4nm，輸出功率為0.63mW。 PCLED和傳統(tǒng)LED相比，當(dāng)電流從3mA增加到30mA時(shí)，RCLED的峰值波長(zhǎng)僅增加1nm，光譜半寬增加了1.7nm，而傳統(tǒng)LED則分別增加了7nm和6.6nm，可見(jiàn)RCLED有好的波長(zhǎng)穩(wěn)定性。在相同30mA注入電流下，PCLED