提出了一种基于分层聚类二维视点合成的集成成像系统。在该集成成像系统中, 采用电动平移台结合单个相机的视点采集方式采集稀疏视点图像; 为提高视点采集效率, 使用基于分层聚类二维虚拟视点合成方法实现图像间的虚拟视点合成, 并利用合成的多视点图像通过像素映射得到微单元图像阵列; 利用像素映射得到微单元图像阵列, 实现计算重建过程。实验结果表明该系统不仅可以满足高效率的三维信息采集, 而且在保证合成视点质量的同时还提高了分辨率质量, 增加了集成成像应用的灵活性。

为降低ITO薄膜对紫外波段的光吸收, 制备低电压高功率的紫外LED, 研究了一种基于金属掺杂ITO透明导电层的365 nm紫外LED的制备工艺。利用1 cm厚的石英片生长了不同厚度ITO薄膜以及在ITO上掺杂不同金属的新型薄膜, 并研究了在不同的退火条件下这种薄膜的电阻和透过率, 分析了掺杂金属ITO薄膜的带隙变化。将这种掺杂的ITO薄膜生长在365 nm外延片上并完成电极生长, 制备成14 mil×28 mil的正装LED芯片。利用电致发光(EL)设备对LED光电性能进行测试并对比。实验结果表明: 掺Al金属的ITO薄膜能够相对ITO薄膜的带隙提高0.15 eV。在600 ℃退火后, 方块电阻降低6.2 Ω/□, 透过率在356 nm处达到90.8%。在120 mA注入电流下, 365 nm LED的电压降低0.3 V, 功率提高14.7%。ITO薄膜掺金属能够影响薄膜带隙, 改变紫光LED光电性能。

研究制备了一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜。通过研究掺杂不同的金属及不同的金属厚度,对比在500 ℃和600 ℃退火条件下的透过率和方块电阻变化,并利用这种掺杂的ITO薄膜制备成14 mil×28 mil正装395 nm UV LED芯片。利用电致发光(EL)设备对LED光电性能进行测试以及对比。实验结果表明：掺3 nm金属Al和Ti的ITO薄膜在600 ℃退火后方块电阻最大降低6.2 Ω/□,透过率在395 nm处最大达91.2%。在120 mA注入电流下,395 nmLED电压降低0.5 V,功率提升19.7%。ITO薄膜掺杂金属能够影响薄膜性能,提升紫光LED光电性能。

利用FDTD方法研究具有表面微纳结构氮化镓基倒装薄膜LED芯片的光萃取效率。通过优化表面结构并研究了器件的光萃取效率随p-GaN层厚的变化。研究发现, 具有表面光子晶体和六棱锥结构的器件的光萃取效率最大值比无表面微结构器件分别提高了56%和97%。尽管两种表面结构都能有效提高器件的光萃取效率, 然而采用光子晶体的方案对p-GaN厚度和腔长要求极为苛刻。采用六棱锥结构则不仅可以获得更高的光萃取效率, 并且还将大大降低实验上材料外延生长及器件制备的难度。

为使用大面积均匀分布的微球掩模制作纳米柱LED,对胶体微球单层薄膜的自组装技术进行了研究。采用旋涂法、滴定法和气液界面法,对2 μm和455 nm两种粒径的胶体微球进行自组装实验,并使用扫描电子显微镜进行观察和比较,分析了三种方法的优缺点。实验结果表明,旋涂法在制备过程中容易出现多层堆积现象;滴定法容易形成单层薄膜,但胶体微球较为稀疏;气液界面法可以实现较大面积的单层薄膜,胶体微球均匀分布,而且适用于各种基片,是一种简单有效的自组装方法。优选气液界面法,在GaN基LED外延片上制备了均匀分布的纳米柱结构,验证了这种方法用于纳米柱LED芯片制备的可行性。

纳米柱结构是释放高In组分InGaN/GaN绿光LED量子阱层应变的有效方法。本文采用自组装的聚苯乙烯微球掩模、感应耦合等离子体干法刻蚀和KOH溶液的湿法腐蚀, 在GaN基绿光LED外延片上制备了3种高度的纳米柱结构, 通过扫描电子显微镜观察纳米柱结构的形貌, 并测试了常温和10 K低温时的光致发光谱（PL）。结果表明: 应变释放对压电场的影响显著, 使得纳米柱结构样品的内量子效率（IQE）提高, PL谱峰值波长蓝移; 应变在量子阱中的不均匀分布还使得PL谱半高全宽（FWHM）展宽。与普通平面结构相比, 高度为747 nm的纳米柱结构可使得IQE提升917%, PL谱峰值波长蓝移18 nm、FWHM展宽7 nm。另外, 纳米柱结构样品的有源区有效面积减小可使得PL谱FWHM减小。

利用有限时域差分法研究近紫外垂直结构LED的光萃取效率的影响因素。结果显示, LED的光萃取效率随p-GaN层厚度的变化呈周期性振荡变化, 在极大值点处的光萃取效率是极小值点处的4.8倍。进一步地, 对上述振荡极大值点和极小值点的n-GaN层厚度和表面光子晶体结构进行优化,优化的光萃取效率分别达到35.3%和24.7%, 比优化前各提高了37.9%和280%。因此, 合理的外延层和光子晶体结构可有效提高近紫外垂直结构LED的光萃取效率, 这对实验制备高效近紫外垂直结构LED芯片具有一定的指导作用。

首先利用电流路径模型分析n型电极尺寸及间距等对垂直结构发光二极管(VS-LEDs)电流分布均匀性的影响, 依此设计出一种螺旋状环形结构电极。其次, 通过建立有限元分析软件Comsol仿真模型模拟VS-LEDs有源层的电流密度分布, 发现螺旋状环形结构电极的环间距越小, 电流密度分布越均匀。最后, 利用VS-LEDs芯片制备技术实现具有螺旋状环形电极的垂直结构LED芯片。实验结果显示, 在350 mA电流驱动下, 电极环间距为146.25 μm的芯片具有最大的功能转换效率, 达到26.8%。

为解决GaN基垂直结构发光二极管(VS-LEDs)在大电流驱动时效率下降的问题,制作了具有耦合量子阱(CQWs)和传统量子阱(NQWs)的混合型量子阱(HQWs)结构VS-LEDs.与NQWs结构VS-LEDs相比,HQWs结构VS-LEDs在350 mA输入电流下的正向偏压降低0.68 V,光输出功率提升53.0%,并有更好的电流响应效率.同时,NQWs结构和HQWs结构VS-LEDs的外量子效率分别下降到最大值的37.7%和67.5%,表明采用HQWs能使LEDs的效率下降得到大幅缓解.

使用现有生产线上工艺成熟且成本低廉的技术实现ITO粗化以提高GaN基LED蓝光芯片的出光效率是产业界重要的研究课题。本文通过普通光刻技术和湿法腐蚀技术, 实现ITO表面粗化, 有效地提高了LED芯片的输出光功率。输入电流为20 mA时, ITO层制备密集分布的三角周期圆孔阵列后, 芯片输出光功率提升11.4%, 但正向电压升高0.178 V; 微结构优化设计后, 芯片输出光功率提升8.2%, 正向电压仅升高0.044 V。小电流注入时, 密集分布的三角周期圆孔阵列有利于获得较高的输出光功率。大电流注入时, 这种结构将导致电流拥挤, 芯片的电光转化效率衰减严重。经过优化设计后的微结构阵列器件, 具有较高的电注入效率, 因此芯片的出光效率较高且随输入电流的增加而衰减的趋势较慢, 因此更适合大电流下工作。