AlGaN基深紫外半導(dǎo)體激光器有著巨大的應(yīng)用市場,例如化學(xué)分析,醫(yī)療診斷設(shè)備,生物試劑檢測系統(tǒng),高密度數(shù)據(jù)存儲,水凈化和材料處理等方面。AlGaN擁有相對較寬的禁帶寬度,通過調(diào)節(jié)AlGaN中Al組分的含量,可以使激光器輻射出深紫外波段（<280nm）的激光。近幾年來,AlGaN深紫外半導(dǎo)體激光器吸引了國內(nèi)外研究機構(gòu)和學(xué)者強烈的研究興趣。然而,由于外延生長技術(shù)方面的限制難以獲得高質(zhì)量的AlGaN材料;Mg摻雜劑的高活化能所導(dǎo)致有限的P型摻雜效率;大量的電子泄漏和相對較低的空穴注入效率等問題嚴(yán)重阻礙了AlGaN基深紫外半導(dǎo)體激光器優(yōu)越性能的實現(xiàn)。本論文著眼提升深紫外半導(dǎo)體激光器的性能,展開了優(yōu)化激光器外延結(jié)構(gòu)的仿真研究。本論文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:1.以減少深紫外半導(dǎo)體激光器的電子泄漏,提升載流子輻射復(fù)合速率為出發(fā)點,提出了雙錐型電子阻擋層的優(yōu)化方案。通過仿真實驗分別模擬了激光器采用參考型、錐型和反錐型三種不同的電子阻擋層的差異并首次提出雙錐型電子阻擋層的設(shè)計。然后設(shè)計了激光器采用雙錐型和參考型電子阻擋層在能帶、載流子濃度、輻射復(fù)合速率和泄漏電流等方面的對比實驗�；诜抡鏀�(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)... 

【文章來源】：鄭州大學(xué)河南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

深紫外激光器的應(yīng)用

2半導(dǎo)體激光器原理及主要參數(shù)特性10器是沒有辦法工作的，為了得到激光，必須給激光器一定的激勵，使低能級的粒子吸收一定的能量躍遷到高能級，使得處于高能級的粒子數(shù)高于處于低能級的粒子數(shù)，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。圖2.1粒子數(shù)反轉(zhuǎn)原理圖2.1.2諧振腔自發(fā)輻射是粒子自發(fā)的從高能級躍遷到低能級，同時釋放一個光子的過程。如圖2.1所示，光子的能量為hv，數(shù)值上等于兩能級之差（E2-E1）。受激輻射是粒子在一個能量等于兩能級之差的光子的激勵下，從高能級躍遷到低能級并發(fā)射一個和和激勵光子完全相同的光子的過程。一般來說，自發(fā)輻射光源系統(tǒng)處在各種能級都存在的雜亂輻射狀態(tài)下，所發(fā)射的光隨機極化，光譜分布較寬，形成不規(guī)則的波陣面。很顯然，自發(fā)輻射光源無法滿足激光光源的光譜質(zhì)量的要求。激光器的發(fā)光原理是受激發(fā)射而非自發(fā)輻射，不能將各個能級混合輻射。在受激輻射過程中，各種能級的粒子都被激勵到一個較高的能級上，由于維持的時間總體上服從正態(tài)分布，所以大部分粒子都會在一定時間內(nèi)躍遷到低能級上。因此，受激輻射產(chǎn)生的光的能量幾乎一樣，才具備激光的單色性。但是，此時受激輻射形成的光沒有固定的方向和相位，無法形成激光。實際上，激光器必須使發(fā)生的受激輻射在諧振腔內(nèi)形成多次反饋，從而形成激光振蕩，才能獲得相干受激輻射。圖2.2所示為激光器中的諧振腔的示意圖。諧振腔的上下兩層分別是p型包層和n型包層。通常來說，有源區(qū)材料的折射率是激光器中最高的，包層的作用就是把輻射產(chǎn)生的光限制在有源區(qū)[41]。通常在與諧振腔垂直的側(cè)面放置兩個鏡面。其中在出光面鍍上減反射膜，而在反射面鍍上高反多層介質(zhì)膜。為了增加光的吸收和提升激光器的效率，通常在諧振腔另外兩個側(cè)面設(shè)計為粗糙的腔面。在激光器諧振腔中存在

2半導(dǎo)體激光器原理及主要參數(shù)特性11諧振腔的長度一般選擇為激光半波長的整數(shù)倍。()2NL=（2.2）圖2.2半導(dǎo)體激光器諧振腔示意圖光在諧振腔內(nèi)傳播相當(dāng)于不斷經(jīng)過光柵，因此會引起衍射。只有當(dāng)振幅和相位的空間分布達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，激光器才會從出光面輸出激光。在諧振腔內(nèi)部，凡不沿諧振腔軸線運動的光子都會溢出腔外。順著諧振腔軸線運動的光子將會在腔內(nèi)繼續(xù)前進(jìn)，并在兩個反射面之間不斷往返運動產(chǎn)生振蕩。光子在運動的過程中會和受激的粒子相遇，從而產(chǎn)生受激輻射。因此，沿軸線運動的光子會越來越多，且他們的傳播方向、頻率和相位都一致�？偟膩碚f，諧振腔的作用就是選擇頻率一定，方向一致的光放大，然后抑制其他頻率和方向的光。通常來說，出光面會被設(shè)計為部分透射，然后從出光面透射出去的部分激光就成為可以利用的激光。反射回去的部分將繼續(xù)參與受激輻射來增殖光子。2.1.3激光的增益和閾值激光器中的損耗主要有兩種：內(nèi)部損耗和鏡面損耗。內(nèi)部損耗主要是由于有源區(qū)材料成分不均勻，粒子數(shù)密度不均勻或者有缺陷等導(dǎo)致光發(fā)生折射，散射等使部分光波偏離原來的傳播方向形成的損耗。設(shè)R為諧振腔鏡面的反射率，當(dāng)強度為I的光射到鏡面上時，其中會有RI部分的光反射回諧振腔內(nèi)繼續(xù)放大，其他部分就是反射損耗，包括鏡面透射、散射、吸收以及由于光的衍射使光束擴(kuò)

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3477327