《灯具反射器》PPT课件

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1、10.反射器LightEmittingDiodes(2ndEdition)1内容提要引论——光的传播、全反射、吸收金属反射器分布布拉格反射器(DBR)全方向反射器(ODR)镜面反射器和漫反射器小结2引论3光从介质1向介质2传播介质对光的吸收()折射——折射定律、全反射反射——镜面反射、漫反射Snell定律：n1n24全反射条件：光密介质(折射率大)到光疏介质；入射角大于等于临界角应用：光导(波导waveguide)5内部全反射是半导体发光器件中的一个主要问题，因为全反射阻碍了半导体芯片的出光耦合。由于半导体的折射率很大，通常为2.0-3.5，产生内部全反射的临界角很小。对于III-V

2、族砷化物和磷化物(≈3.0)，内部全反射问题很严重；对III-V族氮化物(≈2.0)，问题略有缓和。有机发光二极管(OLED)几乎不存在内部全反射因为有机材料的折射率很低。光在导电介质中的传播——吸收服从Maxwell方程组对均匀各项同性介质对光学波长67利用算符运算得关于电场的偏微分方程8考虑沿x方向传播的平面电磁波(电场沿y方向，磁场沿z方向)代入解得9由v=c/N得对自由空间复折射率(complexrefractiveindex)n:通常意义上的折射率10用同样的方法，可得光波的电矢量和磁矢量都按指数规律衰减其能流密度(以坡印廷矢量表示)正比于电矢量和磁矢量振幅的乘积因此11另

3、一方面，介质中光衰减与光强成正比积分，得对比，得k-消光系数I(x)x=0xx+dxI(0)dI12最后，讨论光学常数与电学常数的关系对比实部和虚部，得解得说明对于非导电材料，没有吸收，材料为透明状13光在导电媒介中传播与在电介质中传播的性质相似，所不同的是：在电介质中，电磁波的传播无衰减——“透明”在半导体或金属内，波的振幅随透射深度增加而减小14对反射器的一般要求具有高反射率高反射率对应的波长范围宽——截止带宽反射率受入射角影响小——全方向性金属反射器15金属-空气反射器的优点：在很宽的波长范围内反射率高——波长依赖性小反射率受入射角影响小——角度(方向)依赖性小16反射率与透过

4、率T=1-R根据能量守恒，反射能流和透射能流之和等于入射能流规定反射率为界面反射能流密度与入射能流密度之比根据Fresnel公式，可推导得17金属-电介质界面的反射率电介质：金属：则

5、r

6、≈1,R≈1,对理想金属实际金属的反射率小于118部分金属-空气、金属-半导体反射器的反射率计算值19镜面损耗发生一次反射的光损耗为L=1-R对于波导模式，损耗量很可观I/I0=RN=(1-L)N≈1-NL20合金反射器退火及合金过程形成低电阻欧姆接触；退火过程中，金属表面从光滑变成粗糙，反射率降低。实例：Horng等将金属-半导体反射器用于AlGaInPLED，提高了取光效率。发光器件的各层顺序为

7、A1GaInP/AuBe/SiO2/Si非合金反射器非合金接触不需退火就能沉积在半导体上；接触电阻高于合金的接触电阻。21吸收(“不透明”)反射器厚金属反射器和混合反射器；厚度>50nm时，金属接触实际上是不透明的半透明反射器非常薄的金属接触；对5-10nm的金属膜厚度，大多数金属接触的透过率约为50%薄金属膜的电阻可能很大，尤其形成孤岛结构时透明反射器透明衬底LED；为增加背面反射率，可采用仅含一小部分衬底的欧姆接触结构(多带形接触或环形接触)对生长在透明材料上的LED(如生长在蓝宝石衬底上GaInNLED)，粘结芯片的外延层也能用作反射器透可见光的欧姆接触——ITO22分布布拉格

8、反射器(DBR)DBR的位置及作用在吸收型衬底LED结构中，在衬底和有源区之间加入反射器，减少衬底对光的吸收；只要反射器透明，可通过增加反射器对数增加反射率23反射率截止带(stopband)24DBR结构DBR为多层结构，每一层由折射率不同的两种材料构成由于折射率不同，每个界面上都发生Fresnel反射通常两种材料的折射率差异很小，因此一层的Fresnel反射也很小合理选择两种材料的厚度，所有反射波发生结构干涉对垂直入射，当两种材料的厚度取1/4波长(及其奇数倍)时，满足结构干涉条件对斜入射情况，波向量可分解为平行量和垂直量。和垂直入射情形类似，DBR层的厚度必须是波矢量垂直分量上

9、波长的1/4(及其奇数倍)。对于1/4波对足够多的DBR，可获得接近100%的反射率真空Bragg波长25对DBR的要求由于DBR顶部通常生长有双异质结构，两者必须晶格匹配以避免失配性位错除非DBR材料的折射率相差大，否则DBR材料的各组分应对工作波长范围透明作为电流通道的DBR必须导电26DBR特性分析DBR的两种材料为电介质，折射率分别为和，这两种材料共有m对每种材料的单层厚度取1/4波长：DBR的周期为：Ll+Lh.27DBR特性分析垂直入射到单一界