諧振腔發(fā)光二極管材料測試與器件設計.pdf

1、目前，遠程光纖通信技術和網絡經濟得到了飛速的發(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將是未來光電子技術應用的重點領域，低價、長壽命和高可靠性的光發(fā)射器件是短距離光纖傳輸技術實用化的關鍵。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很好的折中，具有良好的市場應用前景。從1992年提出RCLED概念和結構以來，其研究和發(fā)展就得到了普遍的關注。本文對RCL

2、ED重點進行了材料分析和器件設計，具體工作如下： 首先對傳統(tǒng)平面LED在外量子效率方面面臨的問題進行分析，指出介質折射率差產生的臨界角是引起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場發(fā)散角，從而拓寬了發(fā)光二極管的應用范圍。 闡述了RCLED的F-P微腔理論，著重分析了組成諧振腔結構的重要組成一—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、計算和光學性質等方面的特點?；诠鈱W薄膜傳輸矩陣法模擬了反射率與DBR對數(shù)的關系和DBR的反射譜，并給出了DBR對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用于RCLED中的半導體材料進行了表征。為了了解RCLED器件結構中所用的不同外延材料的生長情況，實驗中用金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)生長了不同材料的單層結構，并對其進行了X射線雙晶衍射實驗和PL譜測試。用運動學等方法計算了單層材料的組分、厚

4、度以及晶格失配，并通過與動力學理論模擬結果的對比分析，為RCLED器件的材料生長控制提供了參考。同時，生長了GaInP/AlGaInP量子阱結構，測試了XRD搖擺曲線和PL譜。在單層材料生長的基礎上，分別制備了RCLED的上下DBR和諧振腔結構，測試了白光反射譜。由與模擬結果的比較分析，說明實驗生長的DBR及諧振腔結構均符合設計要求。 實驗設計并成功制備了RCLED器件?；诶碚撛O計，實驗生長了三種分別有15、10和5對AlGa

5、InP上DBR的650nmRCLED，通過對器件的光譜半寬、光功率和光場分布進行的測試比較，得到15對上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，當電流從3mA增加到30mA時，RCLED的峰值波長僅增加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RCLED有好的波長穩(wěn)定性。在相同30mA注入電流下，PCLED