280nm AlGaN基半导体激光器有源区结构的仿真研究
发布时间：2022-10-06 17:33
在过去的数年间,以碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体材料,因其具有禁带宽度大、饱和迁移率高和抗辐射能力强等优良特性,在微电子和光电领域引发外界大量关注。其中作为直接带隙半导体材料的氮化镓基材料,因具有更高的发光效率,在光学器件制作中应用广泛。如发光二极管（LED）、激光二极管（LD）、紫外探测器等。而且通过调节其合金组分,可以实现禁带宽度0.77ev（InN）-6.28eV（AlN）连续可调,从而覆盖所有可见光的波长范围。随着技术的不断革新,现阶段已成功制备多种波段的发光二极管和激光器件。近几年来,人们对于研究相对不太成熟的紫外AlGaN基半导体激光二极管（UV-LD）的兴趣大大增强。作为一种高强度光源,AlGaN基深紫外半导体激光器在生物试剂检测,高密度光学数据存储,紫外天文学,光刻,医疗杀菌和化学/生物分析方面都有着重要应用。然而,由于外延生长技术方面的限制难以获得高质量的AlGaN材料;以及Mg掺杂剂的高活化能,导致的有限的P型掺杂效率;相对较低的空穴注入和大量电子泄露导致的激光器发光效率不太令人满意等问题阻碍了AlGaN深紫外激光器的优越性能。基于以上诸多原因,本文对AlGaN...
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景概述
1.2 国内外研究现状
1.2.1 半导体激光器研究现状
1.2.2 紫外半导体激光器研究现状
1.3 深紫外半导体激光器面临的问题
1.4 论文结构与内容简介
2 深紫外半导体激光器原理及器件性能
2.1 半导体激光器工作原理
2.1.1 粒子数反转分布
2.1.2 谐振腔
2.1.3 增益与阈值条件
2.2 材料性质
2.2.1 Ⅲ族氮化物半导体材料的基本性质
2.2.2 极化效应
2.2.3 AlGaN材料特性
2.3 激光器主要特性
2.3.1 阈值特性
2.3.2 P-I特性
2.3.3 发射波长
2.3.4 激光束的空间分布
2.4 本章小结
3 模拟理论及参数设定
3.1 仿真环境介绍
3.2 器件模拟理论基础
3.3 能带结构模型
3.4 极化模型
3.5 载流子的迁移率模型
3.6 折射率计算模型
3.7 载流子复合模型
3.8 本章小结
4 280nm深紫外半导体激光器结构设计
4.1 有源区结构设计
4.1.1 组分选取
4.1.2 量子阱个数优化
4.1.3 阱宽和垒厚度设计优化
4.2 腔长的设计
4.3 器件整体结构设计与输出特性
4.3.1 器件整体结构设计
4.3.2 器件输出特性
4.4 本章小结
5 一种改进型的 280nm AlGaN基深紫外半导体激光器
5.1 问题分析
5.2 结构设计
5.3 输出特性分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 本文总结
6.2 展望
参考文献
个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]量子阱层和垒层具有不同Al组分的270/290/330nm AlGaN基深紫外LED光电性能[J]. 王福学,叶煊超. 发光学报. 2017(01)
[2]中科院半导体所研制出GaN基紫外激光器[J]. 军民两用技术与产品. 2017(01)
[3]InGaN/GaN量子阱垒层和阱层厚度对GaN基激光器性能的影响及机理[J]. 周梅,赵德刚. 物理学报. 2016(07)
[4]全球氮化镓激光器材料及器件研究现状[J]. 刘建平,杨辉. 新材料产业. 2015(10)
[5]2μm半导体激光器有源区量子阱数的优化设计[J]. 安宁,刘国军,李占国,李辉,席文星,魏志鹏,马晓辉. 红外与激光工程. 2015(07)
[6]低功率980nm波长半导体激光器驱动电路设计[J]. 董阳,陈海燕,程昌彦,黄春雄. 现代电子技术. 2014(13)
[7]GaN基光栅外腔半导体激光器研究进展[J]. 姚真瑜,吕雪芹,张保平. 微纳电子技术. 2013(10)
[8]极化效应对氮化镓型LED性能影响分析[J]. 张建亚,黄勇林,赵宇坤. 光通信研究. 2013(04)
[9]功率半导体器件基础[J]. B.J.巴利加,韩郑生,陆江,宋李梅,孙宝刚. 电力电子. 2013 (03)
[10]量子阱红外探测器光敏元参数测试[J]. 高爱华,张佩,刘卫国. 西安工业大学学报. 2012(12)
博士论文
[1]AIGaN基紫外LED关键制备技术的研究[D]. 王书昶.东南大学 2015
[2]AlGaN基深紫外LED的MOCVD外延生长[D]. 李洋.华中科技大学 2015
[3]InGaN/GaN多量子阱的结构及其光学特性的研究[D]. 王绘凝.山东大学 2014
[4]Ⅲ族氮化物半导体外延层薄膜的生长与表征研究[D]. 王党会.西安电子科技大学 2013
硕士论文
[1]极化效应对近紫光LED影响的数值模拟与分析[D]. 代颖.沈阳工业大学 2016
[2]AlGaN基深紫外LED器件结构的模拟研究[D]. 张敏.华中科技大学 2015
[3]氮化镓基发光二极管光电特性的仿真模拟[D]. 杨凯.大连理工大学 2013
[4]量子点激光器阈值电流特性及深中心的研究[D]. 孙丽芹.曲阜师范大学 2013
[5]1.47μm半导体激光器结构设计与模拟[D]. 陈为波.长春理工大学 2013
[6]大功率GaN基多量子阱结构蓝光LED性能优化设计[D]. 雷亮.扬州大学 2012
[7]GaN材料的极化特性研究[D]. 杜坤.西安电子科技大学 2011
[8]氮化镓LED中极化效应的理论模拟[D]. 王强.山东大学 2011
[9]半导体激光器的研究与设计[D]. 宋照华.中国地质大学（北京） 2010
[10]980nm光纤光栅半导体激光器的特性研究[D]. 孙婷婷.长春理工大学 2009
本文编号：3687080
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景概述
1.2 国内外研究现状
1.2.1 半导体激光器研究现状
1.2.2 紫外半导体激光器研究现状
1.3 深紫外半导体激光器面临的问题
1.4 论文结构与内容简介
2 深紫外半导体激光器原理及器件性能
2.1 半导体激光器工作原理
2.1.1 粒子数反转分布
2.1.2 谐振腔
2.1.3 增益与阈值条件
2.2 材料性质
2.2.1 Ⅲ族氮化物半导体材料的基本性质
2.2.2 极化效应
2.2.3 AlGaN材料特性
2.3 激光器主要特性
2.3.1 阈值特性
2.3.2 P-I特性
2.3.3 发射波长
2.3.4 激光束的空间分布
2.4 本章小结
3 模拟理论及参数设定
3.1 仿真环境介绍
3.2 器件模拟理论基础
3.3 能带结构模型
3.4 极化模型
3.5 载流子的迁移率模型
3.6 折射率计算模型
3.7 载流子复合模型
3.8 本章小结
4 280nm深紫外半导体激光器结构设计
4.1 有源区结构设计
4.1.1 组分选取
4.1.2 量子阱个数优化
4.1.3 阱宽和垒厚度设计优化
4.2 腔长的设计
4.3 器件整体结构设计与输出特性
4.3.1 器件整体结构设计
4.3.2 器件输出特性
4.4 本章小结
5 一种改进型的 280nm AlGaN基深紫外半导体激光器
5.1 问题分析
5.2 结构设计
5.3 输出特性分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 本文总结
6.2 展望
参考文献
个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]量子阱层和垒层具有不同Al组分的270/290/330nm AlGaN基深紫外LED光电性能[J]. 王福学,叶煊超. 发光学报. 2017(01)
[2]中科院半导体所研制出GaN基紫外激光器[J]. 军民两用技术与产品. 2017(01)
[3]InGaN/GaN量子阱垒层和阱层厚度对GaN基激光器性能的影响及机理[J]. 周梅,赵德刚. 物理学报. 2016(07)
[4]全球氮化镓激光器材料及器件研究现状[J]. 刘建平,杨辉. 新材料产业. 2015(10)
[5]2μm半导体激光器有源区量子阱数的优化设计[J]. 安宁,刘国军,李占国,李辉,席文星,魏志鹏,马晓辉. 红外与激光工程. 2015(07)
[6]低功率980nm波长半导体激光器驱动电路设计[J]. 董阳,陈海燕,程昌彦,黄春雄. 现代电子技术. 2014(13)
[7]GaN基光栅外腔半导体激光器研究进展[J]. 姚真瑜,吕雪芹,张保平. 微纳电子技术. 2013(10)
[8]极化效应对氮化镓型LED性能影响分析[J]. 张建亚,黄勇林,赵宇坤. 光通信研究. 2013(04)
[9]功率半导体器件基础[J]. B.J.巴利加,韩郑生,陆江,宋李梅,孙宝刚. 电力电子. 2013 (03)
[10]量子阱红外探测器光敏元参数测试[J]. 高爱华,张佩,刘卫国. 西安工业大学学报. 2012(12)
博士论文
[1]AIGaN基紫外LED关键制备技术的研究[D]. 王书昶.东南大学 2015
[2]AlGaN基深紫外LED的MOCVD外延生长[D]. 李洋.华中科技大学 2015
[3]InGaN/GaN多量子阱的结构及其光学特性的研究[D]. 王绘凝.山东大学 2014
[4]Ⅲ族氮化物半导体外延层薄膜的生长与表征研究[D]. 王党会.西安电子科技大学 2013
硕士论文
[1]极化效应对近紫光LED影响的数值模拟与分析[D]. 代颖.沈阳工业大学 2016
[2]AlGaN基深紫外LED器件结构的模拟研究[D]. 张敏.华中科技大学 2015
[3]氮化镓基发光二极管光电特性的仿真模拟[D]. 杨凯.大连理工大学 2013
[4]量子点激光器阈值电流特性及深中心的研究[D]. 孙丽芹.曲阜师范大学 2013
[5]1.47μm半导体激光器结构设计与模拟[D]. 陈为波.长春理工大学 2013
[6]大功率GaN基多量子阱结构蓝光LED性能优化设计[D]. 雷亮.扬州大学 2012
[7]GaN材料的极化特性研究[D]. 杜坤.西安电子科技大学 2011
[8]氮化镓LED中极化效应的理论模拟[D]. 王强.山东大学 2011
[9]半导体激光器的研究与设计[D]. 宋照华.中国地质大学（北京） 2010
[10]980nm光纤光栅半导体激光器的特性研究[D]. 孙婷婷.长春理工大学 2009
本文编号：3687080
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