【摘要】：GaN材料作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料、相比于其他半導(dǎo)體材料具有許多突出的特點(diǎn)比如高電子漂移飽和速度、良好的導(dǎo)熱性能、化學(xué)穩(wěn)定性高,這是如此得到了快速的發(fā)展和被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。目前針對LED器件,研究的主題聚焦于高亮度、大功率、高效率和高可靠性等方向。而GaN基諧振腔二極管(RCLED)具有高亮度、高效率、光譜線寬窄、溫度穩(wěn)定性高、發(fā)射方向性良好、高帶寬、制作成本低等諸多優(yōu)點(diǎn),在照明、傳感、可見光通信等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。RCLED是普通LED和垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)—個(gè)很好的折中和選擇。隨著對RCLED研究的不斷深入,其性能得到了不斷的提高,由于自身結(jié)構(gòu)的特殊性,還有許多值得提高的地方。全面理解和掌握器件性能隨著諧振腔結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律,提高器件的發(fā)光效率,提高器件的光功率,以及降低工作電壓等已成為研究的重點(diǎn)。本文圍繞GaN基RCLED的研制,在諧振腔理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、器件制作、性能測試等多方面進(jìn)行了分析和研究。本文的主要研究工作總結(jié)如下:1.器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析:從理論上對諧振腔的概念、微腔效應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)的說明。討論了兩個(gè)重要的參數(shù),諧振波長處的光譜增強(qiáng)因子Ge和整體輻射增強(qiáng)因子Gint,及其與諧振腔中上下反射鏡反射率之間的關(guān)系,并進(jìn)一步對提取效率增強(qiáng)值與上下反射鏡反射率之間的關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)理論計(jì)算和模擬。2.器件的制備:利用電鍍和激光剝離技術(shù)在銅襯底上制備了 GaN基RCLED,采用了 Ti02/Si02介質(zhì)分布布拉格反射鏡(DBR)和金屬鋁分別作為上下反射鏡。為了進(jìn)一步研究頂部DBR反射率對效率等器件特性的影響,設(shè)計(jì)了三種頂部DBR結(jié)構(gòu)分別為2對、3對及3.5對Ti02/SiO2DBR。3.器件性能測試與分析:與沒有上DBR反射鏡的傳統(tǒng)LED相比,由于諧振腔效應(yīng),RCLED器件的性能得到了改善。通過調(diào)整上DBR的反射率,獲得了最佳DBR器件,其頂部DBR反射率為55%,器件最大輸出光功率為62mW,外量子效率為14.8%,半高寬為12nm,半強(qiáng)度角為122°,f.3dB調(diào)制帶寬為48MJHz。此結(jié)果表明,優(yōu)化反射鏡設(shè)計(jì)對于未來高性能器件應(yīng)用有著很好的前景。
【圖文】：

邋＾邋Ｓｆｈ、逡逑圖１．１邋ＲＣＬＥＤ基本結(jié)構(gòu)原理圖邐圖１．２首只ＲＣＬＥＤ圖片逡逑１．２ＲＧＬＥＤ的發(fā)展歷史與應(yīng)用逡逑在２１世紀(jì)９０年代早期，光學(xué)諧振腔的結(jié)構(gòu)被引入到了邋ＬＸＤ的設(shè)計(jì)中，使逡逑得ＬＥＤ的發(fā)光效率和光功率都有很大程度的增加。１９９２年，貝爾實(shí)驗(yàn)室Ｓｃｈｕｂｅｒｔ逡逑等人根據(jù)Ｆ－Ｐ腔的概念構(gòu)造出了一種新型ＬＥＤ結(jié)構(gòu)一共振腔發(fā)光二極管，第一逡逑次在ＧａＡｓ材料系實(shí)現(xiàn)［８］，并提出把ＲＣＬＥＤ用于通信領(lǐng)域，如圖１．２所示為首只逡逑ＲＣＬＥＤ照片。在１９９５年，Ｄｅ邋Ｎｅｖｅ等人制作出來第一只發(fā)射波長為９８０ｎｍ的且逡逑效率為２３％的ＲＣＬＥＤ１９１。在１９９９年，通過Ｗｉｅｒｅｒ的優(yōu)化，其外景子效率能夠達(dá)逡逑３逡逑

是介質(zhì)膜ＤＢＲ不導(dǎo)電，電流無法從器件上下兩端導(dǎo)通，在工藝上需要作出改變，，逡逑比如利用鍵合技術(shù)和激光剝離技術(shù)，將ｎ電極和ｐ電極放置在器件的同一側(cè)。一逡逑般的藍(lán)光ＲＣＬＥＤ的結(jié)構(gòu)原理圖如圖１．３所示。另外，對于在藍(lán)寶石基底上生長逡逑得到的ＧａＮ基ＲＣＬＥＤ，橫向電流往往會(huì)引起電流擁擠效應(yīng)，通過使用銦錫氧化逡逑物（ＩＴＯ）作為電流擴(kuò)展層，使電流能夠在橫向方向均勻地?cái)U(kuò)散。一種方法是利逡逑用激光剝離技術(shù)去除藍(lán)寶石襯底和襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)制備垂直結(jié)構(gòu)的ＲＣＬＥＤ，為了逡逑能夠使光產(chǎn)生諧振，需要通過拋光或刻蝕工藝來控制樣品的厚度。另外相對簡單逡逑的一種方法是使用電流限制結(jié)構(gòu)，其主要包括氧化硅／氮化硅絕緣層、肖特基勢逡逑壘或者通過選擇性氧化或等離子體處理形成的高電阻區(qū)域的方法。例如２０１４年逡逑的臺(tái)灣科技大學(xué)光電工程研究所通過擴(kuò)散工藝制備了出５｜＾ｍ硅限制型結(jié)構(gòu)的逡逑ＲＣＬＥＤ［２４］，如圖邋１．４邋所示。逡逑ＤＢＲ邐ｐ－ｔｙｐｅ邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ逡逑ＩＴＯ邋ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ邋ｃｏｎｔａｃｔ＾＾邐ｉｎｓｕ｜ａｈｎｇ邋｜ａｙｅｒ逡逑Ｐ－ＧａＮ邐■邋｜ａＧａＮ邋ＭＱＷｓ逡逑Ｎ－ｔｙｐｅ邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ邐—邋ｐｉａＳ邋一邋雪逡逑．邋二）■：．…邋，篇逡逑0ＢＲ邋｜＾＾ｔｅ
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN312.8

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 李為軍;;提高GaN基發(fā)光二極管外量子效率的途徑[J];中國照明電器;2010年03期

2 楊臻;李建軍;康玉柱;宋小偉;;可見光共振腔發(fā)光二極管原理及發(fā)展概況[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2008年12期

3 毛興武;;LED的發(fā)展與應(yīng)用[J];電子元器件應(yīng)用;2005年10期

本文編號(hào)：2690412