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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

汤益丹 沈光地 郭霞 关宝璐 蒋文静 韩金茹

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

汤益丹, 沈光地, 郭霞, 关宝璐, 蒋文静, 韩金茹
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  • 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SiO2/Si3N4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380780 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10.5 nm, 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0100 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.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(863计划)(批准号: 2006AA03A121)和国家重点基础研究发展计划(973计划) (批准号: 2006CB604902)资助的课题.
    [1]

    Li J J, Yang Z, Han J, Deng J, Zou D S, Kang Y Z, Ding L, Shen G D 2009 Acta Phys. Sin. 58 6304 (in Chinese) [李建军, 杨臻, 韩军, 邓军, 邹德恕, 康玉柱, 丁亮, 沈光地 2009 物理学报 58 6304]

    [2]

    Baets R G, Delbeke D 2003 Proc. SPIE 4996 74

    [3]

    Lei P Yang C D 2008 Sciencedirect Solid-State Electronics 52 227

    [4]

    Wei J Y, Huang B B, Qin X Y, Zhang X Y, Zhang K, Yao S S, Zhu B F, Li X Y 2005 J. Optoelectron. Laser 16 1304 (in Chinese) [尉吉勇, 黄柏标, 秦晓燕, 张晓阳, 张琦, 姚书山, 朱宝富, 李宪林 2005 光电子cdot激光 16 1304]

    [5]

    Cui B F, Li J J, Zou D S, Lian P, Han J R, Wang D F, Du J Y, Liu Y, Zhao H M, Shen G D 2004 Acta Phys. Sin. 53 2150 (in Chinese) [崔碧峰, 李建军, 邹德恕, 廉鹏, 韩金茹, 王东风, 杜金玉, 刘莹, 赵慧敏, 沈光地 2004 物理学报 53 2150]

    [6]

    Xu M, Zhang Y H, Shen W Z 2007 Acta Phys. Sin. 56 2415 (in Chinese) [徐敏, 张月蘅, 沈文忠 2007 物理学报 56 2415]

    [7]

    Schubert E F,Wang Y H, Cho A Y, Tu LW, Zydzik G J 1992 Appl. Phys. Lett. 60 921

    [8]

    Schubert E F, Hunt N E J, Micovic M, Malik R J, Sivco D L, Cho A Y, Zydzik G J 1994 Science 265 943

    [9]

    Blondelle J, De Neve H, Borghs G, van Daele P, Demeester P, Baets R 1996 IEE Colloquium on Semiconductor Optical Microcavity Devices and Photonic Bandgaps, United Kingdam 1201

    [10]

    Wierer J J, Kellogg D A, Holonyak N 1999 Appl. Phys. Lett. 74 926

    [11]

    Ghawana K, Delbeke D, Christiaens I 2002 Proc. SPIE 4947

    [12]

    Anni M, Giglia G, Patane S, Arena A, Allegrini M, Cingolani R 2002 Physica E 13 451

    [13]

    Wang X D, Wu X M, Wang Q, Cao Y L, He G R, Tan M Q 2006 Acta Phys. Sin. 55 4983 (in Chinese) [王小东, 吴旭明, 王青, 曹玉莲, 何国荣, 谭满清 2006 物理学报 55 4983]

    [14]

    Stoffel A, Kovacs A, Kronast W 1996 J. Micromech. Microeng. 16 1

    [15]

    Chen Y S, Gao X Y, Gu J H, Lu J X, Wang J H, Yang S E, Zhao S L, Zheng W 2008 Chin. Phys. B 17 1394

    [16]

    Coldren L A, Thibeault B J, Hegbloom E R 1996 Appl. Phys. Lett. 68 313

  • [1]

    Li J J, Yang Z, Han J, Deng J, Zou D S, Kang Y Z, Ding L, Shen G D 2009 Acta Phys. Sin. 58 6304 (in Chinese) [李建军, 杨臻, 韩军, 邓军, 邹德恕, 康玉柱, 丁亮, 沈光地 2009 物理学报 58 6304]

    [2]

    Baets R G, Delbeke D 2003 Proc. SPIE 4996 74

    [3]

    Lei P Yang C D 2008 Sciencedirect Solid-State Electronics 52 227

    [4]

    Wei J Y, Huang B B, Qin X Y, Zhang X Y, Zhang K, Yao S S, Zhu B F, Li X Y 2005 J. Optoelectron. Laser 16 1304 (in Chinese) [尉吉勇, 黄柏标, 秦晓燕, 张晓阳, 张琦, 姚书山, 朱宝富, 李宪林 2005 光电子cdot激光 16 1304]

    [5]

    Cui B F, Li J J, Zou D S, Lian P, Han J R, Wang D F, Du J Y, Liu Y, Zhao H M, Shen G D 2004 Acta Phys. Sin. 53 2150 (in Chinese) [崔碧峰, 李建军, 邹德恕, 廉鹏, 韩金茹, 王东风, 杜金玉, 刘莹, 赵慧敏, 沈光地 2004 物理学报 53 2150]

    [6]

    Xu M, Zhang Y H, Shen W Z 2007 Acta Phys. Sin. 56 2415 (in Chinese) [徐敏, 张月蘅, 沈文忠 2007 物理学报 56 2415]

    [7]

    Schubert E F,Wang Y H, Cho A Y, Tu LW, Zydzik G J 1992 Appl. Phys. Lett. 60 921

    [8]

    Schubert E F, Hunt N E J, Micovic M, Malik R J, Sivco D L, Cho A Y, Zydzik G J 1994 Science 265 943

    [9]

    Blondelle J, De Neve H, Borghs G, van Daele P, Demeester P, Baets R 1996 IEE Colloquium on Semiconductor Optical Microcavity Devices and Photonic Bandgaps, United Kingdam 1201

    [10]

    Wierer J J, Kellogg D A, Holonyak N 1999 Appl. Phys. Lett. 74 926

    [11]

    Ghawana K, Delbeke D, Christiaens I 2002 Proc. SPIE 4947

    [12]

    Anni M, Giglia G, Patane S, Arena A, Allegrini M, Cingolani R 2002 Physica E 13 451

    [13]

    Wang X D, Wu X M, Wang Q, Cao Y L, He G R, Tan M Q 2006 Acta Phys. Sin. 55 4983 (in Chinese) [王小东, 吴旭明, 王青, 曹玉莲, 何国荣, 谭满清 2006 物理学报 55 4983]

    [14]

    Stoffel A, Kovacs A, Kronast W 1996 J. Micromech. Microeng. 16 1

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    Chen Y S, Gao X Y, Gu J H, Lu J X, Wang J H, Yang S E, Zhao S L, Zheng W 2008 Chin. Phys. B 17 1394

    [16]

    Coldren L A, Thibeault B J, Hegbloom E R 1996 Appl. Phys. Lett. 68 313

  • [1] 李建军, 杨臻, 韩军, 邓军, 邹德恕, 康玉柱, 丁亮, 沈光地. 用于POF的高性能共振腔发光二极管. 物理学报, 2009, 58(9): 6304-6307. doi: 10.7498/aps.58.6304
    [2] 贾博仑, 邓玲玲, 陈若曦, 张雅男, 房旭民. 利用Ag@SiO2纳米粒子等离子体共振增强发光二极管辐射功率的数值研究. 物理学报, 2017, 66(23): 237801. doi: 10.7498/aps.66.237801
    [3] 董雅娟, 张俊兵, 陈海涛, 曾祥华. 大功率全方位反射镜发光二极管性能研究. 物理学报, 2011, 60(7): 077803. doi: 10.7498/aps.60.077803
    [4] 陈焕庭, 吕毅军, 高玉琳, 陈忠, 庄榕榕, 周小方, 周海光. 功率型GaN基发光二极管芯片表面温度及亮度分布的物理特性研究. 物理学报, 2012, 61(16): 167104. doi: 10.7498/aps.61.167104
    [5] 王红培, 王广龙, 倪海桥, 徐应强, 牛智川, 高凤岐. 新型量子点场效应增强型单光子探测器. 物理学报, 2013, 62(19): 194205. doi: 10.7498/aps.62.194205
    [6] 李岩, 傅海威, 邵敏, 李晓莉. 石墨点阵柱状光子晶体共振腔的温度特性. 物理学报, 2011, 60(7): 074219. doi: 10.7498/aps.60.074219
    [7] 胡 瑾, 杜 磊, 周 江, 庄奕琪, 包军林. 发光二极管可靠性的噪声表征. 物理学报, 2006, 55(3): 1384-1389. doi: 10.7498/aps.55.1384
    [8] 刘乃鑫, 王怀兵, 刘建平, 牛南辉, 韩 军, 沈光地. p型氮化镓的低温生长及发光二极管器件的研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1424-1429. doi: 10.7498/aps.55.1424
    [9] 李炳乾, 郑同场, 夏正浩. GaN基蓝光发光二极管正向电压温度特性研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7189-7193. doi: 10.7498/aps.58.7189
    [10] 高晖, 孔凡敏, 李康, 陈新莲, 丁庆安, 孙静. 双层光子晶体氮化镓蓝光发光二极管结构优化的研究. 物理学报, 2012, 61(12): 127807. doi: 10.7498/aps.61.127807
    [11] 陈伟超, 唐慧丽, 罗平, 麻尉蔚, 徐晓东, 钱小波, 姜大朋, 吴锋, 王静雅, 徐军. GaN基发光二极管衬底材料的研究进展. 物理学报, 2014, 63(6): 068103. doi: 10.7498/aps.63.068103
    [12] 瞿子涵, 储泽马, 张兴旺, 游经碧. 高效绿光钙钛矿发光二极管研究进展. 物理学报, 2019, 68(15): 158504. doi: 10.7498/aps.68.20190647
    [13] 王党会, 许天旱. 蓝紫光发光二极管中的低频产生-复合噪声行为研究. 物理学报, 2019, 68(12): 128104. doi: 10.7498/aps.68.20190189
    [14] 朱丽虹, 蔡加法, 李晓莹, 邓彪, 刘宝林. In组分渐变提高InGaN/GaN多量子阱发光二极管发光性能. 物理学报, 2010, 59(7): 4996-5001. doi: 10.7498/aps.59.4996
    [15] 王党会, 许天旱, 王荣, 雒设计, 姚婷珍. InGaN/GaN多量子阱结构发光二极管发光机理转变的低频电流噪声表征. 物理学报, 2015, 64(5): 050701. doi: 10.7498/aps.64.050701
    [16] 张剑铭, 邹德恕, 徐 晨, 顾晓玲, 沈光地. 电极结构优化对大功率GaN基发光二极管性能的影响. 物理学报, 2007, 56(10): 6003-6007. doi: 10.7498/aps.56.6003
    [17] 沈光地, 张剑铭, 邹德恕, 徐 晨, 顾晓玲. 大功率GaN基发光二极管的电流扩展效应及电极结构优化研究. 物理学报, 2008, 57(1): 472-476. doi: 10.7498/aps.57.472
    [18] 徐文兰, 李为军, 张波, 陆卫. InGaN/GaN多量子阱蓝色发光二极管的实验与模拟分析. 物理学报, 2009, 58(5): 3421-3426. doi: 10.7498/aps.58.3421
    [19] 薛正群, 张保平, 陈朝, 黄生荣. 激光诱导p-GaN掺杂对发光二极管性能改善的分析. 物理学报, 2010, 59(2): 1268-1274. doi: 10.7498/aps.59.1268
    [20] 王光绪, 陶喜霞, 封飞飞, 熊传兵, 刘军林, 张萌, 江风益. 牺牲Ni退火对硅衬底GaN基发光二极管p型接触影响的研究. 物理学报, 2011, 60(7): 078503. doi: 10.7498/aps.60.078503
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-05-17
  • 修回日期:  2011-04-16
  • 刊出日期:  2012-01-05

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

  • 1. 北京工业大学光电子技术省部共建教育部重点实验室, 北京 100124
    基金项目: 

    国家高技术研究发展计划(863计划)(批准号: 2006AA03A121)和国家重点基础研究发展计划(973计划) (批准号: 2006CB604902)资助的课题.

摘要: 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SiO2/Si3N4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380780 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10.5 nm, 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0100 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.

English Abstract

参考文献 (16)

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