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研究生:黃亦偉
研究生(外文):Yi-Wei Huang
論文名稱:一維光柵藍光發光二極體之角度解析遠場光型分析研究
論文名稱(外文):Analysis of angle-resolved far-field distribution of blue LED with 1D grating
指導教授:王智明王智明引用關係
指導教授(外文):Chih-Ming Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立東華大學
系所名稱:光電工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
論文頁數:62
中文關鍵詞:光柵週期結構Fabry-Perot圖案色散曲線光波導角度解析光致螢光光譜儀
外文關鍵詞:grating cycle structureFabry-Perot patterndispersion curveoptical waveguideangle-resolved photoluminescence
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本次研究以一維次微米週期性光柵結構藍光氮化镓發光二極體作為主題,並在氮化镓上表面,我們分別製作0.3 µm與0.5 µm表面週期性光柵並比較其遠場光型,利用角度解析光致螢光光譜(angle-resolved photoluminescence,ARPL) 作為量測儀器,激發光源為405 nm的雷射二極體,將激發光源光輸出功率固定在120 µW。此實驗最大的特點在於改變入射光與氮化镓光柵元件的位置,偏移量分別施以正打光柵表面、以及於光柵圖案旁0.35 mm、0.7 mm、1.05 mm等位置激發InGaN量子井螢光,來觀察Fabry-Perot圖案、色散曲線分布角度、光波導的強度與角度位置變化。在量測上激發光源皆由藍寶石基板入射,由GaN光柵的正面接收材料螢光,由於實驗的控制變因為入射光位置的偏移,所以在材料的左右兩側,分別進行量測,在SP模式(TEin - TMout)的量測中,在雷射光入射樣品前,先行放置偏振片,使光源以垂直極化進入光柵,經由光柵的材料螢光,在接收端以水平極化光接收,來濾掉雷射的背景光影響。

隨著激發光的偏移量,在0.3 µm與0.5 µm週期微結構,仍可在特定的入射光位置看到F-P條紋的出現,而接近平面結構的0.3 µm週期光柵時,F-P條紋圖案最為清晰。在0.5 µm週期結構的正負角度中,隨入射光源的移動皆有色散曲線的出現,觀察到其出現的角度位置,並沒有隨激發光偏移而有所移動;在0.3 µm週期結構中,就色散曲線所出現的角度取值,同樣也發現激發光的移動,並不會影響色散曲線的分布。在波導現象中,以負角度收光來觀察TM光波導訊號,主要是避免雷射的背景光所遮蔽,首先,在大週期0.5 µm結構中,由於大多數的光都能被耦合到空氣端,所以不容易看出光波導的強度變化,在正打處,對應為二階繞射,當激發光偏移至0.7 mm與1.05 mm處,可約略看到cut off光波導的現象,以三階繞射所呈現;較小週期的0.3 µm結構中,大多數的光波導仍受限在腔體中,在空氣端的變化可明顯的看出,接近正打時,TM光波導以一階繞射呈現,當入射光漸漸由側向入射時,TM光波導為二階繞射。在TM光波導中,在0.3 µm與0.5 µm週期次微米結構比較下,存在特定關係,當光源以正打時,waveguide皆以較低階數的方式繞射,而激發光源為側向入射時候,waveguide會以階數較高來繞射。利用Beer’s Law計算光波導的強度變化,意外看到氮化銦鎵的激子鍵結能在39.375 meV,氮化銦鎵的能隙落在2.822 eV。

目錄
致謝 I
摘要 II
Abstract IV
圖目錄 IX
表目錄 XII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2文獻回顧 4
1-3 研究方法 10
第二章 實驗原理 11
2-1 全反射角效應 11
2-1-1 光逃逸角錐 12
2-1-2 平面波導 15
2-2光柵繞射與動量關係 17
第三章 元件製作與量測系統 23
3-1 元件製作 23
3-2 光致螢光光譜 27
3-3角度解析光致螢光光譜架構 28
3-3-1 儀器介紹 29
3-3-2實驗設計 32
第四章 結果與討論 35
4-1 SP mode 35
4-1-1 週期結構 0.5 µm 35
4-1-2 週期結構 0.3 µm 41
4-2 GaN LED光萃取的遠場放射圖樣 47
4-2-1 Lambertian放射圖案 47
4-2-2 遠場放射圖數據 50
第五章 結果與討論 57
參考文獻 59


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