300nm GaN基半导体激光器结构研究
本文选题:AlGaN 切入点:Silvaco 出处:《郑州大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:G GaN基材料是Si、GaAs之后的第三代半导体材料,具有禁带宽度大、电子迁移率高等特性,相关的合金材料属于直接带隙半导体,材料发光效率高,又因其禁带宽度范围约为0.7~6.2eV,包含了从可见光绿光、蓝光、紫光到紫外光的宽波长范围,适合用于制备光学器件。半导体激光器的器件结构紧凑,可以在很小体积下实现激光激射,同时具有发光效率高、响应速度快以及使用寿命长等特点,在信息通信、激光显示、水下探测、生物科学以及军事领域如激光雷达等领域有广泛的应用。本文所研究的波长为300nm的GaN基半导体激光器属于深紫外范围,可以应用在生物探测、医疗杀菌、导弹预警、卫星加密通信等领域,具有很广阔的应用前景。本文简述了半导体激光器的研究背景、应用以及基本原理,建立了数值计算模型,用于研究器件结构与特性的关系。。首先设计了具有简单双异质结的300nm波长激光器结构(结构A),,仿真结果表明,该器件的阈值电流为1.092A,阈值电压为6.052V,斜率效率为0.042W/A。但是,这种简单结构的激光器侧模分布范围大;因此,对结构A进行改进,增加了脊型结构(结构B),仿真结果表明,结构B的光场侧模分布比结构A的情形更密集,,但阈值电压提升了16%;为了提升激光器整体性能,引入了量子阱结构(结构C),仿真结果表明,与结构B比较,结构C的激光器阈值电流减少39.5%,斜率效率提升116.7%,整体性能比之前有较大提升;随后引入电子阻挡层(结构D)来提升激光器性能,与结构C相比,结构C的激光器结构将斜率效率提升了19.8%;最后,使用组分渐变层设计(结构E)进一步提升激光器的性能指标,将阈值电流减少12.3%,斜率效率提升了15.6%;最终器件性能与刚开始相比阈值电流减少了44.6%,斜率效率提高了200%。上述结果表明了300nm GaN基半导体激光器器件结构优化在提高器件性能上的有效性。
[Abstract]:G GaN based material is the third generation semiconductor material after SiGAs. It has the characteristics of wide band gap and high electron mobility. The related alloy materials belong to direct band gap semiconductor, and the luminescence efficiency of the materials is high. Because of its wide band gap of 0.7 ~ 6.2eV, which includes a wide wavelength range from visible green light, blue light, ultraviolet light to ultraviolet light, it is suitable for fabrication of optical devices. Laser excitation can be achieved in a very small volume, with high luminous efficiency, fast response speed and long service life, etc., in information communication, laser display, underwater detection, Biological science and military fields such as lidar have a wide range of applications. The 300nm wavelength GaN semiconductor lasers studied in this paper belong to the deep ultraviolet range, can be used in biological detection, medical sterilization, missile early warning. In this paper, the research background, application and basic principle of semiconductor laser are briefly introduced, and the numerical calculation model is established. The structure of 300nm wavelength laser with simple double heterojunction is designed. The simulation results show that the threshold current of the device is 1.092 A, the threshold voltage is 6.052 V, and the slope efficiency is 0.042 W / A. The laser with simple structure has a wide range of side mode distribution, therefore, the structure A is improved to increase the ridge structure (structure BX), and the simulation results show that, The light field side-mode distribution of structure B is denser than that of structure A, but the threshold voltage is increased by 16. In order to improve the overall performance of the laser, a quantum well structure is introduced. The threshold current of structure C laser is reduced by 39.5%, the slope efficiency is increased by 116.7%, and the overall performance is greatly improved than before, and then the electronic barrier layer (structure D) is introduced to improve the performance of the laser, compared with the structure C. The laser structure of structure C improves the slope efficiency by 19.8. finally, the performance index of the laser is further improved by using the component gradient layer design (structure E). By reducing the threshold current by 12. 3, the slope efficiency has been increased by 15. 6. The final device performance has been reduced by 44. 6 compared with the beginning, and the slope efficiency has been improved by 200. The above results show that the structure optimization of 300nm GaN-based semiconductor laser device is improving the device structure. Effectiveness of part performance.
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN248.4
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 ;半导体激光器[J];中国光学与应用光学文摘;2000年01期
2 ;微型面发光半导体激光器[J];航空精密制造技术;2000年01期
3 ;采用蓝色半导体激光器的光盘[J];光机电信息;2000年01期
4 刘凤英,王艳辉,李桂琴;半导体激光器发展概论[J];物理与工程;2000年06期
5 完颜圣;半导体激光器商品的未来发展[J];激光与光电子学进展;2000年06期
6 郭明秀,俞晓梅;硅基蓝光半导体激光器[J];激光与光电子学进展;2000年09期
7 ;美开发军民两用半导体激光器[J];激光与光电子学进展;2000年11期
8 江涛;量子阱结构红外半导体激光器[J];红外;2000年07期
9 ;半导体激光器[J];中国光学与应用光学文摘;2001年02期
10 金友;日趋成熟的数千瓦级半导体激光器[J];光机电信息;2001年01期
相关会议论文 前10条
1 张兴德;;半导体激光器的进展及其在军事上的应用[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
2 陈良惠;;我国半导体激光器的新进展(报告内容摘要)[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年
3 张玉驰;王晓勇;李刚;王军民;张天才;;自由运转半导体激光器边模间的强度起伏关联[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
4 雷志锋;黄云;杨少华;;半导体激光器的可靠性筛选和寿命评价[A];中国电子学会可靠性分会第十三届学术年会论文选[C];2006年
5 徐强;;半导体激光器的矢量光场分析[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
6 肖树妹;梅海平;黄宏华;饶瑞中;;半导体激光器电流频率调制率的测量[A];第九届全国光电技术学术交流会论文集(上册)[C];2010年
7 胡静芳;陈斌;陆道理;詹敦平;;基于半导体激光器的近红外农产品品质专用检测仪的设计[A];科学仪器服务民生学术大会论文集[C];2011年
8 刘贤炳;梁元涛;李蔚;杨名;丁勇;杨宁;徐国伟;龙熙平;杨铸;;直接调制半导体激光器的非线性动力学特性研究[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议(OFCIO’2001)论文集[C];2001年
9 陈炳林;张河;孙全意;;微型大电流窄脉宽半导体激光器电源的研究[A];中国仪器仪表学会学术论文集[C];2004年
10 许文海;王艳;林龙涛;;半导体激光器环境温度控制仪的研究[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(下册)[C];2004年
相关重要报纸文章 前10条
1 ;半导体激光器应用市场广阔[N];中国电子报;2000年
2 正 子;超宽带半导体激光器问世[N];光明日报;2002年
3 王晶;朗讯贝尔实验室推出新款半导体激光器[N];通信产业报;2002年
4 周硕;日亚化学推出488nm波长半导体激光器[N];电子资讯时报;2008年
5 ;高性能超宽带半导体激光器[N];人民邮电;2002年
6 记者 齐芳邋通讯员 刘力;我国氮化镓蓝光半导体激光器研究取得重大突破[N];光明日报;2007年
7 中国科学院半导体研究所研究员 惠州市中科光电有限公司副总经理 李玉璋;光存储技术升级考验元器件配套能力[N];中国电子报;2005年
8 刘晶;超宽带半导体激光器问世[N];中国电子报;2002年
9 邵珍珍 本报记者 张显峰;蓝光半导体激光器让300张光盘变1张[N];科技日报;2005年
10 记者 张兆军;我大功率半导体激光器“刺破”国外技术壁垒[N];科技日报;2012年
相关博士学位论文 前10条
1 卢林林;基于重构等效啁啾技术的1.3μm DFB半导体激光器及其阵列研究[D];南京大学;2014年
2 张欣;基于量子阱混杂技术的快速波长可切换Ⅴ型耦合腔半导体激光器研究[D];浙江大学;2015年
3 王涛;高功率宽区半导体激光器侧向光束质量控制研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2017年
4 邓军;半导体激光器驱动模式与可靠性研究[D];吉林大学;2008年
5 郜峰利;半导体激光器低频电噪声的特性及其检测技术研究[D];吉林大学;2008年
6 冯列峰;半导体激光器光电特性的研究[D];天津大学;2007年
7 李再金;半导体激光器腔面光学膜关键技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
8 常国龙;半导体激光器辐射效应及影响研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 范贤光;脉冲注入式半导体激光器电—光—热特性及其测试技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 程东明;无铝半导体激光器列阵及其组装技术的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
相关硕士学位论文 前10条
1 杨炎;300nm GaN基半导体激光器结构研究[D];郑州大学;2017年
2 邱忠阳;半导体激光器腔面钝化的研究[D];长春理工大学;2010年
3 刘元元;互注入半导体激光器动态特性研究[D];西南大学;2011年
4 康健斌;脉冲式半导体激光器驱动源的设计[D];西安电子科技大学;2011年
5 郭少华;半导体激光器特性参数测量系统的设计研制[D];天津工业大学;2005年
6 张毅;半导体激光器光混沌和同步的理论研究[D];西南师范大学;2005年
7 徐雅t,
本文编号:1594284
本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/1594284.html