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LED作为一种重要的数据传输接受器件被广泛应用于光纤通信、数据链接、远程控制器、光学显示器等领域。但是传统LED有许多与生俱来的缺点,比如发射效率低,辐射角度宽,光谱线宽较大,而且调制速率比较低。因此,为了克服这些问题,一种带有谐振腔结构的LED(RCLED)具有独特的优势。与传统LED相比,RCLED光谱线宽窄,耦合效率高,亮度大,是用于视觉显示和塑料光纤通信的理想光源。而且,RCLED不像垂直面发射激光器那样需要复杂的外延和后续工艺。近几年来随着塑料光纤通信和网络技术的不断发展,RCLED在全世界受到越来越广泛的关注,特别是红光RCLED在塑料光纤数据通信领域扮演了重要角色。因为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基塑料光纤在650nm附近有最小衰减和较宽直径(0.75-1mm),使得两者能够很好匹配。
但是,RCLED在我国大陆地区还没有得到任何发展,这在一定程度上阻碍了光通信技术的进步。在北京市教育委员会科技计划面上项目(批准号:KM200810005002)和北京市属市管高等学校人才强教计划资助项目等项目的支持下,本论文参照国外在RCLED领域的研究经验,配合实验室现有条件,多次实验,成功制作出了波长为650nm的AlGaInP材料系的RCLED,器件发光良好,工作压降较低,达到了一定的输出光功率,为本项目的进一步深入研究提供了理论依据、实验基础以及相关工艺参数。具体工作如下:
(1)在研究RCLED发光理论的基础上,制作了650nm RCLED的外延结构:微腔厚度为1λ,有源区采用了GaInP/(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P3量子阱结构;阱和垒的宽度都为5nm,阱和垒的材料分别为GaInP和(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P,上DBR为15对、10对或5对的(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P/AlInP材料,下DBR为34对AlAs/Al0.5Ga0.5As材料。
(2)使用PL谱测试和白光反射普测试实验,对3量子阱结构的发射谱,微腔结构模式波长、上下DBR发射率峰值波长进行了验证,对生长好的外延片进行SEM扫描观测。
(3)研究学习LED的基本工艺,归纳各工艺特点,并参照国外RCLED的制作工艺,结合实验室现有条件,完成用于通信光源的SiO2阻挡层RCLED制作工艺流程,制作出最大光强为21.4mcd(C=0.0°,G=-4.5°),平均光强扩散角θ(50%)=86.9°,FWHM为13.1 nm的RCLED。
(4)针对制作好RCLED器件电光转换效率低,电流扩展不好的情况,改进RCLED工艺,制作出ITO透明窗口层RCLED。测试结果表明,有ITO的器件热特性得到改善,输出功率得到提高,表面有ITO的器件最大光输出功率是表面无ITO的器件的两倍。
(5)运用测试设备对制作完成的RCLED器件进行光电性能测试分析,总结经验。