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。阻挡层能很大程度地提高光功率,大约规:..照明工程学报2021年4月高〔12*,而普通半导体发光二极管(Light-rmittingDiodes,LED)虽然便宜但带宽小、光纤耦合效率低,谐振腔发光二极管(ResonantCavityLightEmittingDiode,RCLED)是在性价比方面介于半导体激光器和体发光二极管的一个很好的折13。RCLED独特结构具有、、[*提取效率以及良好的温度可靠性等优点。:此,与传统的LED相比,RCLED可以在高的调制图7用于高效率RCLED的万字型和网格电极工作,光谱,还有较高的外量。,塑光纤和网的不断发展,05RCLED受到的关注也。,在光纤数据领域[6.￡。长为650nm的(,对应于POF的低损耗波段,-ndlno0Z5信的理想光源14。L0[*恙L52009年课题组提出了一种将AlGalnP材料作为J005p型上DBR,AlGaAs材料作为n型下DBR,GalnP/0020406080100AlGalnP多量子阱为有源区,GaP材料为p型欧姆//mA网格电极接触层的650nm共振腔发光二极管结构,实验:(a)RCLED了能的RCLED,9所示[15*。0_____________________________________—020406080100//mA(b)万字型电极RCLED0612182430电流/mA图8光输出功率与注入电流的关系图(a)°,。其外量子效率超8%(对于万字型电极,带有阻挡层的器件光功率相比常规结构增加了20%。上述研究为实现高效率红光RCLED奠定了基础。面向POF的红光RCLED塑料光纤(plasticopticalfibee,POF)因具有柔韧性好、价格低、抗电磁与扰、直径及易于安装等优点,成为短距离光的重要媒介11。于POF,有限以及基于180°*器件的远场分布(b)POF的短距离光通信的普及对低价格高性能的光源图9RCLED光功率与远场分布图提出了迫切的要求。体光器的特性好[:..第卷第2期杨启伟等:红光RCLED研究与进展41结果表明,相比普通led,RCLED具有更咼的发光、波长稳定及较窄的光谱与较小的远场发,是用于短距离光与POF耦合的理想光源o为优化RCLED性能,同年研究了650nmRCLED的外延特性,利用金属有机化学气相沉积方法生长了波长为650nm的谐振腔发光二极管,采用AlGlnP;为顶层DBRs。测试■110jim—130gm数据10所示°5060DCCurrent/mAB一suoaIPPOZOZ二euuoN-n-ndldlnono三已」500600700800Wavelengtli/nm(b)不同孔径下的电流与输出光功率图11电压,,lpowerandcurrentdiagram注入的电子以非辐射的方式释放能量。这一研究优化了RCLED性能,对POF通信系统中RCLED光源器件做了。-LED是指发光单元横向尺寸在50pm以下的LED〔18*。Micro-LED具有高亮度、低功耗、寿(b)RCLED电压,输出功率与电流关系图命长、高响应速度等优异特性,现已成为显示领域图10RCLED测试结果图的热点,目前基于GaN基蓝光和绿光Micro-。但是随着Micro-ED横向尺寸的减小,实验表明,AlGlnP顶级DBR具有更好的接口壁表增大,壁的复i积质量和低电压°,增大并且基于AlGalnP的红色微型LED侧壁},半波宽为10nm〔16复于GaN的LED更严重,使2011年研究了孔径对RCLED特性的影响°利降低。采用RCLED可少侧壁复合,用备了具有电极孔径为80m的三提。种不同孔径的RCLED°孔径分别为90pm、2018年,北京工业大学光电子技术实验室通过110pm、130pm,如图11所示〔17°设计4组氧化孔径分别为60pm、50pm、20pm、实验表明,孔径,电压,10pm,其他结构均相同的650nmRCLED与发光面于在相同电孔径越小,电流密,故积为60pm的普通LED进行比较。结果如图12所功率的速率越快。氧化孔径,光示,可,在2mA以下,10pm尺寸RCLED功于较大的串联电阻和电流密度,使的光功率最咼,:..%的外量子效率。20^。峰值波长为650nm,?7mA范围内不随电流改变而发生(RCLED比普通LED具有更好的L性和温度稳定性。2020年,北京工业大学光电子技术实验室为实现微显示量及小电流模式下的亍工作,提出了一种将共振腔发光二极管与AlAs侧向氧化技术结合的Micro-RCLED。其结构图如图图12不同尺寸RCLED的功率曲线14所示。Fig?12PowercurvesofRCLEDwithdifferentsizes图13(a)为4组不同器件的半波全宽图,(b)图为4同器件的长%图。可与面p积为60m的圆台型无腔650nmLED在5mA电流下FWHM为17nm。相比较RCLED的光谱纯度更,RCLED的失谐和均对%p产生影响,稳定在650nm左右;而普通LED的%卩在1?〔19*。28—20|imdetuningRCLED—20|im650nmRCLED图结构示意图60|im650nmRCLED14Micro-RCLEDr—60|im650nmLEDFig?14StructurediavramofMicro-RCLED24课题组制作了3个氧化孔径为17^m的并联的20655nmMicro-RCLED,测试结果如图15所示〔20*。1612%121o0、aouou012345678MuyJ8Current/mA(05d(a)Fullwidthofhalfwaveofdifferentparametersdevice<D-?)XuW3(^Current/mA(Dd图15Micro-,externalquantumefficiencyanddrivingcurrentoSMicro-RCLED(b)Peakwavelengthofdifferentparametersdevice结果表明,器件的外量于10%,,,,并且在低于1^A工作电流结果表明,10!m孔径器件在1mA电流下达至」下,单个Micro-RCLED可以发光。:..第卷第2期杨启伟等:红光RCLED研究与进展43opeoatgngaoound650nm[J*.ElectoongcsLeteos,2000,结语36(20):1730-1731.[8*LeiPo-Hsun,YangChyi--cavitylgght-emgtgngdgodeswgthdgelectogcdgstogbutedboagg本文阐述了RCLED的原理、基本结构、优oeflectoos[J*.Solgd-StateElectoongcs,2008,52(2):点及其应用,重点介绍了红光RCLED的研究进227-。为提高发光二极管效率,国内外研究者在对[9*MunngxMC,LochmannA,BgmbeogD,-typequantum-dot-basedsingle的探索。本文主要从高效率红光RCLED、面向photonemgteos[J*.UEEEJouonalofQuantumPOF的红光RCLED以及Micro-RCLED三个方面Electoongcs,2009,45(9):1084-1088.[10*SchubeetEF,WangYH,ChoAY,[J*.ApplgedPhysgcs究工作。Leteos,1992,60(8):921-,性能不断提高,[11*GinderatR,MollereUBultereM,、波长稳定性、提取DeaelopmentsgnPolymeoOptgcalFgbeo(POF)效率等方面提升较快,并且已广泛应用于可见光光Toanscegaeos[C*LLUnteonatgonalConfeoenceon通讯、医疗、照明和显示等领域。,,市场对RCLED[12*[J*?半导体光电,1985(2):。因此我们需要进[13*SchubeetEF,WangYH,ChoAY,,使器件的性能更加稳定,获得更大的caagtylgght-emgtgngdgode[J*.ApplgedPhysgcsLeteos,提取效率,以及拓展可见光波长范围等其他性能上1992,60(8):921-,实现高效率红光RCLED,使其在未来的发[14*ChgouSW,StockmanSA,YaoHW,-展中具有更加广阔的市场应用。peofoomanceoesonantcaagtylgght-emgtgngdgodefooplastgcoptgcalfgbeoapplgcatgon[J*.PooceedgngsofSPUE-The参考文献UnteonatgonalSocgetyfooOptgcalEnggneeogng,2004,5366:)1*ZhengZW,YuH,RenBC,--basedLight-Bmitting-Diodesfor[15*李建军,杨臻,韩军,)J*.EcsJournalofSolidState发光二极管[J*.物理学报,2009,58(9):Science&1x^0100-,2017,6(9):R135--6307.[2*PurcellEM,ToveyHC,[16*YuzhuK,JganjunL,LgangD,[J*.chaoacteogstgcsofoesonantcaagtyLEDsat650nm[J*.PhysicalReview,1946,69:37-,2009,30(5):054005[3*史光国?半导体发光二极管及固体照明[M*.北京:(3pp).科学出版社,2007.[17*YangW,LgJ,SunP,[4*HuntNEJ,SchubeOEF,KopfRF,-caagtylgght-emgtgngmungcagonsbandwgdYhfoomaoesonanYcaagylgghYdgodes[C*LLPhotongcsandOptoelectoongcsMeetgngsemggngdgodeemggngaY%i940nm[J*.Applged(POEM)2011:,,2012.[5*LotiJA,[18*-emgtgngdgodes[J*.UEEEPhotongcsTechnologyinoraanicdisplays?[J*.InformationDisplay,2018,34Lettere(InstituteofElectricalandElectronicsEngineero);(6):23-26.(UnitedStates),1993,5:6(6):631-633.[19*王元诚,李建军,王海阔,