AlGaInP红光LED的复合分布式布拉格反射镜的生长优化

复合分布式布拉格反射镜(DBR)可以拓展反射图谱的宽度,从而能够反射更长波长的光,通过设计不同的波长组合得到的复合分布式布拉格反射镜可以优化其反射率。采用金属有机化合物化学气相沉淀法生长复合分布式布拉格反射镜样品,并使用光致发光光谱测试法进行反射图谱测试,得到不同的反射谱。对比结果后发现红光发光二极管(LED)的亮度随着反射谱的拓宽而增加,垂直反射占主导地位意味着主反射谱的个数不能减小。通过优化设计及测试比较最终选择了最优复合分布式布拉格反射镜结构即620nm×15加670nm×3加720nm×3加770nm×3加820nm×3加870nm×3的组合作为红光发光二极管装置的结构。

嵌埋材料对分布式布拉格反射镜腔共振模式的影响

低维材料嵌入微腔已经广泛应用于纳米激光器和探测器等。为了实现增益材料和光学微腔之间的有效耦合,需要深入研究嵌埋材料对腔共振模式的影响。本文主要讨论了嵌埋材料的厚度、位置、腔层厚度以及分布式布拉格反射镜的对数对腔供着模式的影响。结果表明,腔共振模式随嵌埋材料位置的不同呈现周期性变化并且在λ/2光程周期内存在最大峰位移。最大峰位移随腔层厚度增加而减小,但与嵌埋材料的厚度成正比。分布式布拉格反射镜的对数不影响腔共振模式。这些结果为光学器件的设计和实验现象的分析提供了指导,并且可以应用于不同波长分布式布拉格反射腔结构。

集成分布式布拉格反射镜的氮化镓基发光二极管研究

基于硅基氮化镓晶圆,制备了一种半环波导型发光二极管。采用聚焦离子束技术,在发光二极管两侧端部刻蚀形成高反型GaN层/空气层分布式布拉格反射镜。实验结果表明,该波导型发光二极管具有良好的光电性能,集成的分布式布拉格反射镜显著提高了器件端面的反射率,改变了器件内部的法布里-珀罗振荡,对出射光子进行了有效调控。使用该发光二极管作为光信号源的无线光通信系统实现了100Kbps的信号传输,验证了器件在可见光通信领域的应用潜力。

复合布拉格反射镜高亮度AlGaInP发光二极管

采用光学薄膜理论中干涉矩阵模型计算了峰值波长为630nm的AlGaInP红光LED的Al0·6Ga0·4As/AlAs材料的常规DBR和复合DBR的反射谱特性,用LP-MOCVD方法生长了模拟设计的DBR结构,测量了其白光反射谱,实验与模拟结果基本符合.制备了采用Al0·6Ga0·4As/AlAs复合DBR的LED器件,未封装输出光功率为2·3mW,外量子效率为5·6%,发光效率可达12lm/W,比常规DBR器件提高了35%.验证了复合DBR与常规DBR相比,可以大幅度提高AlGaInP红光LED的出光效率.

基于布拉格反射镜的单模太赫兹量子级联激光器

常规的分布式布拉格反射(DBR)半导体激光器中,增益区域所对应的自由谱间距应大于DBR高反射率带宽的1/2,以获得稳定的单模激射。该条件限制了DBR激光器的阈值和功率特性。文章首次提出并实现了基于DBR选模的太赫兹量子级联激光器(THz-QCL),并突破了上述限制。作者所实现的THz-QCL采用脊波导结构,利用解理腔面和DBR反射镜构成谐振腔,利用有源区增益谱较窄的特点,通过调整DBR反射率谱使增益谱与DBR高反射带在频域中部分重叠,从而获得了单模激射的THz-QCL。该方案使得DBR高反射带显著宽于自由谱间距,即显著提高了激光器中增益区域的长度,从而降低阈值并提高功率特性。实验上,作者研制出增益区域长达3.6 mm的DBR激光器,单模激射的频率为2.7 THz,边模抑制比达到25 dB,该激光器的阈值和温度特性与相同材料制备的法布里-泊罗腔多模激光器相当。文章中的工作为实现高性能单模太赫兹量子级联激光器提供了新的研究思路。

紫外波段SiO_2/Si_3N_4介质膜分布式布拉格反射镜的制备与研究

采用光学传递矩阵方法设计了紫外波段SiO_2/Si_3N_4介质膜分布式布拉格反射镜,并利用等离子体增强化学气相沉积技术在蓝宝石(0001)衬底上制备了SiO_2/Si_3N_4介质膜分布式布拉格反射镜.光反射测试表明,样品反射谱的峰值波长仅与理论模拟谱线相差10 nm,并随着反射镜周期数的增加而蓝移.由于SiO_2与Si_3N_4具有相对较大的折射率比,因而制备的周期数为13的样品反射谱的峰值反射率就已大于99%.样品反射谱的中心波长为333 nm,谱峰的半高宽为58 nm.样品截面的扫描电子显微镜和表面的原子力显微镜测量结果表明,样品反射谱的中心波长蓝移是由子层的层厚和界面粗糙度的变化引起的.X射线反射谱表明,子层界面过渡层对于反射率的影响较小,并且SiO_2膜的质量比Si_3N_4差,也是造成反射率低于理论值的原因之一.

带介质分布式Bragg反射镜结构高性能共振腔发光二极管的研究

采用等离子体增强化学气相沉积高低频交替生长法生长了SiO_2/Si_3N_4透明介质分布式:Bragg反射镜(DDBR),提出了对DDBR采用干、湿法并用的腐蚀方法.采用传输矩阵法理论分析了DDBR,得出了为满足出光增益要求的反射率和DDBR结构.使用光致发光(PL)谱仪测量分析了DDBR反射谱和光致发光谱,获得了使光致发光谱辐射增强的DDBR结构,在整个光致发光谱380-780 nm波段,整体辐射增强1.058倍,在谐振波长处辐射增强1.5倍,半峰全宽值由23 nm变窄为10.5nm,获得了很好的光谱纯度.利用最优DDBR结构制成了高性能共振腔发光二极管器件,与普通结构相比,实现了低开启电压1.78 V;在20 mA注入电流下,轴向光强提高了20%,光功率和光效分别提高了27.7%和26.8%,光功率衰减缓慢;在O-100 mA注入电流下,没有明显的下降趋势,表现出了良好的温度稳定性.

基于分布式布拉格反射镜微腔的红绿蓝聚合物发光电化学池高色纯度光源

基于高色纯度的光源的显示技术具备宽色域、高色彩饱和度和高对比度的特点,能够给人们带来更好的视觉体验。近年来窄带宽光源的研制受到越来越多学者的关注。本文选择了三种典型的发光聚合物构筑聚合物发光电化学池(PLEC),利用分布式布拉格反射镜(DBR)和铝薄膜为腔对出射光谱进行窄化。结果表明,红绿蓝三色聚合物发光电化学池出射光的带宽可缩短至10、11和8 nm,色纯度得到了极大的提升。这种高色纯度光源的获得有望显著推动下一代显示技术的发展。

复合分布式布拉格反射镜结构AlGaInP发光二极管

采用金属有机化学气相沉积系统外延了具有三个不同反射中心波长的AlAs/Al0.5Ga0.5As复合分布式布拉格反射镜(DBR),利用透射电镜、X射线衍射仪表征其结构、厚度和组分,利用白光反射谱表征其反射谱强度和带宽。结果表明:该复合DBR比常规DBR和两个反射中心波长复合DBR具有更高的反射谱强度和更宽的带宽。利用该复合DBR制备了AlGaInP发光二级管(LED),尺寸6.0mil×6.0mil(1mil=0.0254mm),并在20mA测试电流下测得其输出光功率为3.54mW,发光效率为17.26lm/W,外量子效率为8.77%,相比常规DBR制备LED输出光功率提高35.1%,相比两个反射中心波长复合DBR制备LED输出光功率提高11.3%。说明具有三个反射中心波长的复合DBR更大幅度地提升了AlGaInP发光二极管的出光效率。

含石墨烯的金属-分布式布拉格反射镜-金属结构中光学Tamm态的研究

基于光学Tamm态(OTS)的局域场增强特性和石墨烯的电控特性,提出一种含石墨烯的金属-分布式布拉格反射镜-金属(M-DBR-M)复合结构。考虑石墨烯层对介质界面连续性的影响,基于修正的传输矩阵法建立完善的理论模型,并研究结构参数以及驱动电压对OTS特性的影响。结果表明,随着驱动电压的增大,两个OTS的本征波长均发生蓝移,当驱动电压大于石墨烯的突变电压时,本征波长发生蓝移且趋于稳定,说明可以通过电控石墨烯来实现OTS的本征波长在一定范围内动态可调;增大DBR周期数,两个OTS的本征波长分别发生红移和蓝移,说明吸收率对周期数的波动具有鲁棒性;入射端的金属层厚度在25~35 nm之间,能够实现完美吸收;出射端的金属层厚度则在70 nm处有吸收率的极大值。

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。

AlGaN基紫外分布式布拉格反射镜的结构优化

采用传统的相关性分析方法,结合光学传输矩阵理论为基础的商用膜系设计软件,对紫外波段(中心波长314nm)AlGaN基布拉格反射镜的反射光谱进行了一系列模拟,研究了部分结构参数与反射率、中心波长的相关性及相关系数。理论分析结果表明:在保持周期厚度不变的情况下,分层厚度,尤其是AlGaN分层厚度的变化对最终反射率和中心波长的影响最大,且为负相关,并借此优化得到具有较高反射率、较宽探测波段的紫外AlGaN基布拉格反射镜结构参数。相关性分析和优化结果与实际相符,为紫外AlGaN基布拉格反射镜的设计和应用提供了新的思路和研究手段。

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400~650nm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450~460nm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%。

带负折射介质层的MOLED传输特性的模拟研究

分析了由正负折射率介质交替构成的分布式布拉格反射镜(DBR)的复有效折射率及其色散关系,并将其与由折射率不同的正折射率介质交替构成的DBR进行了比较;研究了由这种DBR和金属做反射镜的微腔有机发光器件(MOLED)的光学传输特性,发现这种器件具有很好的滤波功能且可使器件薄化;讨论了这种MOLED的谐振波长和归一化电致发光(EL)谱随观测角的变化关系。这些工作为进一步提高微腔OLED的发光色纯度、减小其腔长提供了新方法。

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/cm^2,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/cm^2。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。

532 nm响应增强的AlGaAs光电阴极

AlGaAs光电阴极具有响应速度快和光谱响应范围可调的特性,可被应用于水下光通信领域.为了解决AlGaAs发射层较低的光吸收限制其量子效率提高的问题,利用分布式布拉格反射镜(DBR)结构对特定波长光的反射作用,将透过光重新反射回发射层进一步提高吸收率,从而增强阴极在532 nm波长处的响应能力.通过求解一维连续性方程,建立了具有DBR结构的AlGaAs光电阴极光谱响应模型.采用时域有限差分法,分析了DBR结构中子层周期对数、子层材料以及发射层、缓冲层厚度对发射层吸收率的影响,对比了有无DBR结构AlGaAs光电阴极的光吸收分布.结果表明,周期对数为20、子层材料为Al_(0.7)Ga_(0.3)As/AlAs的DBR结构对532 nm光的反射效果最优.基于该DBR结构,发射层和缓冲层厚度分别为495 nm和50 nm时,发射层对532 nm光具有最佳吸收率.通过对外延生长的AlGaAs光电阴极进行激活实验,结果表明具有DBR结构的AlGaAs光电阴极在532 nm波长处的光谱响应率相比无DBR结构的AlGaAs光电阴极光谱响应率提升了约1倍.

基于准二维钙钛矿的窄线宽红光电致发光器件性能研究

金属卤化物钙钛矿发光二极管(PeLEDs)具有宽色域和高色纯度,在照明和显示方面有着广阔的应用前景。英国伦敦大学研究团队发表于Scientific Reports的一项开创性研究发现,每天只需暴露在红光下3 min,就能显著缓解视力下降。而钙钛矿的光谱可调性及较高的色纯度都为护眼红光PeLEDs的实现提供了保障。与以往的界面工程、配体工程等不同,本文从结构优化的角度来提升准二维钙钛矿红光PeLEDs的外量子效率(EQE),即结合微腔结构实现线宽更窄的红光电致发光器件。结果表明,将分布式布拉格反射镜(DBR)与PeLEDs相结合,设计并制备的基于微腔结构的高性能PeLEDs在窄化PeLED的电致发光(EL)半高全宽的基础上实现了EQE成倍增长,最大EQE能达到11.26%。相较于同条件下制备的参比器件,具有微腔结构的PeLED器件EL线宽窄化到参比器件的1/3,仅为11 nm。

增厚DBR型894 nm窄线宽VCSEL

垂直腔面发射激光器(VCSEL)是芯片级原子钟(CSAC)的主流光源,其光束质量会影响CSAC的各项性能。扩展VCSEL内部有效腔长能够以压缩冷腔线宽的方式压窄器件最终辐射激光的线宽,从而可以减小CSAC短时间内的计时频率噪声。根据所计算的VCSEL表面反射谱,将VCSEL中4层下分布式布拉格反射镜(DBR)的厚度由常规的四分之一波长增加至404 nm,压缩了VCSEL冷腔线宽,并生长了对应的外延结构,制备了通过增厚DBR扩展有效腔长的894 nm窄线宽VCSEL。测试结果表明,研制的VCSEL在90℃下波长为893.1 nm,功率为0.335 mW,线宽约为32 MHz,且具有稳定的偏振特性。

表面菱形孔795 nm VCSEL的偏振特性

795 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为铷基芯片级原子钟(Rb-CSAC)的光源,其输出光的偏振不稳定会降低Rb-CSAC的稳定度和精确度。为了满足Rb-CSAC对795 nm VCSEL偏振稳定的需求,设计了一种具有表面菱形孔的偏振稳定的795 nm VCSEL。通过有限时域差分(FDTD)法计算了VCSEL的偏振特性,结果表明VCSEL的顶部分布式布拉格反射镜(DBR)在表面菱形孔的长轴和短轴方向具有不同的反射率。反射率高的偏振模式阈值增益低,成为VCSEL优先激射的主导偏振模式。为进一步提高VCSEL的偏振抑制比(OPSR),将VCSEL的氧化孔制作成尺寸为5.5μm×4.1μm的菱形。对不同长、短轴的表面菱形孔795 nm VCSEL进行偏振测试,结果表明,当表面菱形孔的尺寸为4μm×6μm,且菱形氧化孔的长轴与表面菱形孔的长轴相互垂直时,VCSEL的OPSR可达到16.22 dB。

基于超表面的可见光波段布拉格反射波导研究

采用SiO_2/Si构建了可见光波段的分布式布拉格反射镜(DBR),在其中加入SU-8光刻胶制备的中心腔,构成传统的布拉格反射波导(BRW),利用传输矩阵法分析了可见光在分布式布拉格反射镜和布拉格反射波导中的传输情况,并研究了介质折射率比、厚度和周期数等各因素对布拉格反射镜的影响以及SU-8的各参量对光子带隙的影响规律。针对传统布拉格反射波导硬件制备比较困难的问题,在SU-8中引入Si柱超表面,构成新型的布拉格反射波导。通过实验分析了超表面对缺陷模的影响,实验表明超表面具有调控缺陷模波长的作用,且新型布拉格反射波导阵列可完成可见光波段的分光功能,可用于改进光学仪器。