GaN基激光器的内部参数研究

发布时间：2020-08-10 23:11

【摘要】：本论文致力于研究GaN基激光器的光学损耗和载流子注入效率,并取得了如下成果:1、研究了GaN基激光器外延片和器件的光学损耗。首先,搭建了一套测试GaN基激光器外延片光学损耗的测试系统,通过理论分析发现该系统的测试误差小于1cm-1。利用该测试系统实验研究了GaN基激光器的光学损耗来源,证实了p型层中激活的Mg受主的吸收是激光器光学损耗的主要来源,但未激活的Mg受主的光吸收系数不大。仿真计算及实验结果均表明,降低P型层与光场的交叠可以有效降低GaN基激光器的光学损耗。其次,使用Hakki-Paoli法研究了 GaN基激光器器件的光学损耗,发现外延片与器件的光学损耗测量值有一定的差异,并分析了造成这种差异的原因。2、研究了c面GaN基绿光激光器的空穴输运特性。针对绿光激光器空穴输运特性存在的争议,我们进行了仿真计算与实验研究,研究结果表明,空穴能够从绿光双量子阱中溢出,从而降低绿光激光器的载流子注入效率。在绿光双量了阱的下方掺杂硅可以有效抑制空穴从绿光双量子阱中的溢出,其物理机制为硅掺杂增加了空穴输运的势垒。3、研究了绿光激光器InGaN波导层中的载流子复合及抑制方法。通过模拟计算发现,在最后一个GaN量子垒层和InGaN上波导层之间存在一个势垒,这个势垒会阻碍载流子的输运,导致载流子在InGaN上波导层中积聚并复合,降低绿光激光器的载流子注入效率。当InGaN上波导层的In组分高于4%时,载流子在上波导层内的复合不可忽略不计。适当降低InGaN上波导层的In组分可以有效抑制上波导层的载流子复合,减小绿光激光器的阈值电流。实验结果同模拟计算结果吻合的很好。4、研究了GaN基蓝光激光器的波导结构设计。首先,在InGaN上(下)波导层与AlGaN上(下)限制层之间插入额外的GaN上(下)波导层可以有效降低激光器的光学损耗。其次,随着插入波导层厚度的增加、上波导层背景载流子浓度的上升,上波导层的载流子复合以及越过电子阻挡层的电子电流会不断增大,从而降低蓝光激光器的载流子注入效率。最后,采用In组分渐变的InGaN作为上波导层可以有效抑制上波导层的载流子复合以及越过电子阻挡层的电子电流,提升蓝光激光器的载流子注入效率。5、研究了总气流量、生长温度对MOCVD生长AlGaN的影响。在反应室压力、反应物浓度保持不变的前提下,随着总气流量的增加,反应室内气流速率加快,MOCVD生长的速率增加。在AlGaN生长速率不变的前提下,随着总气流量的增加、生长温度的降低,气相中由NH3分解产生的H原子浓度减少,AlGaN层中并入的碳浓度增加,最终导致AlGaN带边发光峰的强度降低,黄光发光峰的强度增加。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248
【图文】：

ＣＤ）、６５０邋ｎｍ激光的数字通用光盘（Ｄｉｇｉｔａｌ邋Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ邋Ｄｉｓｃ，简称ＤＶＤ）、４０５邋ｎｍ激光逡逑器的蓝光光盘（Ｂｌｕ－ｒａｙＤｉｓｃ，简称ＢＤ），其五寸光盘的单层存储容量分别在６５０Ｍ、逡逑４．７邋Ｇ、２５邋Ｇ左右，如图１．２所示。自从２００８年东芝公司放弃了ＨＤ邋ＤＶＤ的相关业逡逑务后，索尼公司主导的ＢＤ就成为了新一代光盘格式。截至目前为止，ＢＤ己经成逡逑为了高清电影和正版游戏的重要存储介质。逡逑ＣＤ逦ＤＶＤ逦ＢＤ逡逑波长：７８０ｍｎ逦波长：６５０ｎｍ逦波长：４０Ｓｍｎ逡逑数值孔径：０．４５逦数值孔径：０．６逦数值孔径：０．８５逡逑覆盖层：１．２邋ｍｉｎ逦覆盖层：０．６邋ｍｍ逦覆盖层：ＣＭ邋ｍｍ逡逑ｆＬｉ逦Ｊｊ｜Ｈ逡逑Ｍｍ．逡逑单层容懥：６５０邋Ｍ逦单层容

本文编号：2788732