本文選題：AlGaN　切入點(diǎn)：Silvaco　出處：《鄭州大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：G GaN基材料是Si、GaAs之后的第三代半導(dǎo)體材料,具有禁帶寬度大、電子遷移率高等特性,相關(guān)的合金材料屬于直接帶隙半導(dǎo)體,材料發(fā)光效率高,又因其禁帶寬度范圍約為0.7~6.2eV,包含了從可見光綠光、藍(lán)光、紫光到紫外光的寬波長范圍,適合用于制備光學(xué)器件。半導(dǎo)體激光器的器件結(jié)構(gòu)緊湊,可以在很小體積下實(shí)現(xiàn)激光激射,同時具有發(fā)光效率高、響應(yīng)速度快以及使用壽命長等特點(diǎn),在信息通信、激光顯示、水下探測、生物科學(xué)以及軍事領(lǐng)域如激光雷達(dá)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。本文所研究的波長為300nm的GaN基半導(dǎo)體激光器屬于深紫外范圍,可以應(yīng)用在生物探測、醫(yī)療殺菌、導(dǎo)彈預(yù)警、衛(wèi)星加密通信等領(lǐng)域,具有很廣闊的應(yīng)用前景。本文簡述了半導(dǎo)體激光器的研究背景、應(yīng)用以及基本原理,建立了數(shù)值計算模型,用于研究器件結(jié)構(gòu)與特性的關(guān)系。。首先設(shè)計了具有簡單雙異質(zhì)結(jié)的300nm波長激光器結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)A),,仿真結(jié)果表明,該器件的閾值電流為1.092A,閾值電壓為6.052V,斜率效率為0.042W/A。但是,這種簡單結(jié)構(gòu)的激光器側(cè)模分布范圍大;因此,對結(jié)構(gòu)A進(jìn)行改進(jìn),增加了脊型結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)B),仿真結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)B的光場側(cè)模分布比結(jié)構(gòu)A的情形更密集,,但閾值電壓提升了16%;為了提升激光器整體性能,引入了量子阱結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)C),仿真結(jié)果表明,與結(jié)構(gòu)B比較,結(jié)構(gòu)C的激光器閾值電流減少39.5%,斜率效率提升116.7%,整體性能比之前有較大提升;隨后引入電子阻擋層(結(jié)構(gòu)D)來提升激光器性能,與結(jié)構(gòu)C相比,結(jié)構(gòu)C的激光器結(jié)構(gòu)將斜率效率提升了19.8%;最后,使用組分漸變層設(shè)計(結(jié)構(gòu)E)進(jìn)一步提升激光器的性能指標(biāo),將閾值電流減少12.3%,斜率效率提升了15.6%;最終器件性能與剛開始相比閾值電流減少了44.6%,斜率效率提高了200%。上述結(jié)果表明了300nm GaN基半導(dǎo)體激光器器件結(jié)構(gòu)優(yōu)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.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN248.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;半導(dǎo)體激光器[J];中國光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)文摘;2000年01期

2 ;微型面發(fā)光半導(dǎo)體激光器[J];航空精密制造技術(shù);2000年01期

3 ;采用藍(lán)色半導(dǎo)體激光器的光盤[J];光機(jī)電信息;2000年01期

4 劉鳳英,王艷輝,李桂琴;半導(dǎo)體激光器發(fā)展概論[J];物理與工程;2000年06期

5 完顏圣;半導(dǎo)體激光器商品的未來發(fā)展[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2000年06期

6 郭明秀,俞曉梅;硅基藍(lán)光半導(dǎo)體激光器[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2000年09期

7 ;美開發(fā)軍民兩用半導(dǎo)體激光器[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2000年11期

8 江濤;量子阱結(jié)構(gòu)紅外半導(dǎo)體激光器[J];紅外;2000年07期

9 ;半導(dǎo)體激光器[J];中國光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)文摘;2001年02期

10 金友;日趨成熟的數(shù)千瓦級半導(dǎo)體激光器[J];光機(jī)電信息;2001年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張興德;;半導(dǎo)體激光器的進(jìn)展及其在軍事上的應(yīng)用[A];西部大開發(fā) 科教先行與可持續(xù)發(fā)展——中國科協(xié)2000年學(xué)術(shù)年會文集[C];2000年

2 陳良惠;;我國半導(dǎo)體激光器的新進(jìn)展(報告內(nèi)容摘要)[A];光電技術(shù)與系統(tǒng)文選——中國光學(xué)學(xué)會光電技術(shù)專業(yè)委員會成立二十周年暨第十一屆全國光電技術(shù)與系統(tǒng)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

3 張玉馳;王曉勇;李剛;王軍民;張?zhí)觳?;自由運(yùn)轉(zhuǎn)半導(dǎo)體激光器邊模間的強(qiáng)度起伏關(guān)聯(lián)[A];中國光學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

4 雷志鋒;黃云;楊少華;;半導(dǎo)體激光器的可靠性篩選和壽命評價[A];中國電子學(xué)會可靠性分會第十三屆學(xué)術(shù)年會論文選[C];2006年

5 徐強(qiáng);;半導(dǎo)體激光器的矢量光場分析[A];中國光學(xué)學(xué)會2011年學(xué)術(shù)大會摘要集[C];2011年

6 肖樹妹;梅海平;黃宏華;饒瑞中;;半導(dǎo)體激光器電流頻率調(diào)制率的測量[A];第九屆全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集（上冊）[C];2010年

7 胡靜芳;陳斌;陸道理;詹敦平;;基于半導(dǎo)體激光器的近紅外農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)專用檢測儀的設(shè)計[A];科學(xué)儀器服務(wù)民生學(xué)術(shù)大會論文集[C];2011年

8 劉賢炳;梁元濤;李蔚;楊名;丁勇;楊寧;徐國偉;龍熙平;楊鑄;;直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的非線性動力學(xué)特性研究[A];全國第十次光纖通信暨第十一屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會議（OFCIO’2001）論文集[C];2001年

9 陳炳林;張河;孫全意;;微型大電流窄脈寬半導(dǎo)體激光器電源的研究[A];中國儀器儀表學(xué)會學(xué)術(shù)論文集[C];2004年

10 許文海;王艷;林龍濤;;半導(dǎo)體激光器環(huán)境溫度控制儀的研究[A];2004全國測控、計量與儀器儀表學(xué)術(shù)年會論文集（下冊）[C];2004年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 ;半導(dǎo)體激光器應(yīng)用市場廣闊[N];中國電子報;2000年

2 正　子;超寬帶半導(dǎo)體激光器問世[N];光明日報;2002年

3 王晶;朗訊貝爾實(shí)驗室推出新款半導(dǎo)體激光器[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2002年

4 周碩;日亞化學(xué)推出488nm波長半導(dǎo)體激光器[N];電子資訊時報;2008年

5 ;高性能超寬帶半導(dǎo)體激光器[N];人民郵電;2002年

6 記者 齊芳邋通訊員 劉力;我國氮化鎵藍(lán)光半導(dǎo)體激光器研究取得重大突破[N];光明日報;2007年

7 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員 惠州市中科光電有限公司副總經(jīng)理 李玉璋;光存儲技術(shù)升級考驗元器件配套能力[N];中國電子報;2005年

8 劉晶;超寬帶半導(dǎo)體激光器問世[N];中國電子報;2002年

9 邵珍珍 本報記者 張顯峰;藍(lán)光半導(dǎo)體激光器讓300張光盤變1張[N];科技日報;2005年

10 記者 張兆軍;我大功率半導(dǎo)體激光器“刺破”國外技術(shù)壁壘[N];科技日報;2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 盧林林;基于重構(gòu)等效啁啾技術(shù)的1.3μm DFB半導(dǎo)體激光器及其陣列研究[D];南京大學(xué);2014年

2 張欣;基于量子阱混雜技術(shù)的快速波長可切換Ⅴ型耦合腔半導(dǎo)體激光器研究[D];浙江大學(xué);2015年

3 王濤;高功率寬區(qū)半導(dǎo)體激光器側(cè)向光束質(zhì)量控制研究[D];中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;2017年

4 鄧軍;半導(dǎo)體激光器驅(qū)動模式與可靠性研究[D];吉林大學(xué);2008年

5 郜峰利;半導(dǎo)體激光器低頻電噪聲的特性及其檢測技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2008年

6 馮列峰;半導(dǎo)體激光器光電特性的研究[D];天津大學(xué);2007年

7 李再金;半導(dǎo)體激光器腔面光學(xué)膜關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2010年

8 常國龍;半導(dǎo)體激光器輻射效應(yīng)及影響研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

9 范賢光;脈沖注入式半導(dǎo)體激光器電—光—熱特性及其測試技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

10 程東明;無鋁半導(dǎo)體激光器列陣及其組裝技術(shù)的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2003年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 楊炎;300nm GaN基半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)研究[D];鄭州大學(xué);2017年

2 邱忠陽;半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的研究[D];長春理工大學(xué);2010年

3 劉元元;互注入半導(dǎo)體激光器動態(tài)特性研究[D];西南大學(xué);2011年

4 康健斌;脈沖式半導(dǎo)體激光器驅(qū)動源的設(shè)計[D];西安電子科技大學(xué);2011年

5 郭少華;半導(dǎo)體激光器特性參數(shù)測量系統(tǒng)的設(shè)計研制[D];天津工業(yè)大學(xué);2005年

6 張毅;半導(dǎo)體激光器光混沌和同步的理論研究[D];西南師范大學(xué);2005年

7 徐雅t，

本文編號：1594284