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谐振腔发光二极管RCLED具有高效率、高亮度、高的温度可靠性、高提取效率等优点。650nmRCLED已经商业用于基于POF的局域网通讯。随着RCLED研究的不断深入,性能的不断提高,RCLED越来越广泛的应用于生产生活中的各个方面,市场对RCLED的各方面性能提出了更高的要求。例如RCLED和POF已经应用于车载媒体网络(MOST),MOST要求POF传输数据速率为50-250Mb/s。这就对AlGaInP基RCLED提出了更高的温度可靠性要求。本论文研究的重点就在于获得高效率、高温度输出特性的RCLED。
本论文的主要研究内容如下:
1.对RCLED的概念、F-P腔原理、F-P微腔效应、效应等方面进行了系统的介绍。重点阐述了RCLED的设计原则,包括反射率、吸收原则、腔厚优化、有源层和量子阱位置、DBR的设计和循环效应六个方面。温度对RCLED输出特性的影响是RCLED研究不可或缺的一方面,重点介绍温度对RCLED的发射光谱、远场光谱、输出功率和带宽的影响。
2.作为RCLED重要组成部分的DBR,依据光学薄膜理论,利用传输矩阵法,从理论上得出DBR反射镜的反射率、透射率、相移等参数的计算方法。利用Matlab计算机模拟软件对DBR的各种参数进行数值模拟计算。随后,利用源项方法从理论上分析了多层介质薄膜结构的远场发射图谱,利用Matlab对F-P腔的远场图谱进行了模拟。
3.设计了4种不同结构的外延片进行实验比对,为了避免电流的拥挤效应,使用电流扩展均匀性良好的网格电极结构。目的在于获得高效率的650nmRCLED。重点介绍了RCLED的关键制备工艺。对4种样品的光电输出特性和热学特性进行了测试分析。四种样品器件在20mA注入电流下平均输出功率为3.40mW、0.81mW、2.88mw、3.22mW。对样品进行结温测试,分析讨论依赖于温度的光输出特性下降的原因。
4.为了使650nmRCLED获得更大的提取效率,在器件制作工艺中引入电流阻挡层。每种电极结构(网格电极和万字型电极)都制备了阻挡层和无阻挡层的常规结构作为对比。通过实验发现,网格电极下引入阻挡层后光输出功率达到了3.77mW。阻挡层器件的平均扩散角θ(50％)相对于常规结构增加了2l°。对于万字型电极,带有阻挡层器件的光功率在20mA注入电流下相比常规结构增加了20％,随着电流的增大,阻挡层器件首先出现了衰减,这主要是串联电阻热效应的负作用影响。这就需要不断优化阻挡层厚度和孔的刻蚀深度,使器件的性能更加稳定,获得更大的提取效率。
5.RCLED的热特性是研究的重点内容。首先将RCLED与红光LED进行比较,RCLED随着温度的升高,在发射光谱、FWHM方面都表现出了不同于红光LED的特性,而且具有良好的热稳定性。之后,设计制备了两种不同包层结构的RCLED,主要研究依赖于温度的输出特性在一定的工作温度范围内的变化情况。