GaN基激光器多量子阱结构的性能表征与结构优化

研究了包括四元合金在内的三种多量子阱结构,对以此为有源层的激光器进行了性能表征和比较分析.通过对阈值电流和外微分量子效率的测量以及增益分布的模拟分析,证实了四元合金用于量子阱结构生长对提高激光器性能的作用.此外对优化的量子阱结构激光器的漏电流和增益饱和带来的影响进行了研究.     

GaN基量子阱激光器极化相关增益饱和特性的理论计算

通过计算GaN能带结构和跃迁矩阵元,对GaN基量子阱激光器的极化相关增益和增益饱和特性作了理论上的计算与分析,具体计算并给出了TE和TM模的增益谱和自饱和系数的曲线,分析了能带结构和载流子面密度对增益和增益饱和特性的影响。     

GaAs/AlGaAs环形激光器的量子阱结构优化

为了研究量子阱结构对半导体环形激光器阈值电流的影响,从F-P腔激光器的振荡条件出发,分析了半导体环形激光器的阈值电流密度与量子阱结构参量的函数关系,并推导出最佳量子阱数的表达式。利用器件仿真软件ATLAS建立环形激光器的等效模型,仿真、分析了不同工作温度下,量子阱数、阱厚及势垒厚度对阈值电流的影响。结果表明,阈值电流随量子阱数和阱厚的增加先减小后增大,存在一组最佳值;在确定合适的量子阱数和阱厚后,相对较窄的势垒厚度有助于进一步降低阈值电流;采用GaAs/AlGaAs材料体系和器件结构,其最佳量子阱结构参量为M=3,dw=20nm及db=10nm。     

应变多量子阱DFB激光器有源区的优化设计

利用一个简单模型对1.55μm波长In1-x-yGayAlxAs MQW DFB激光器的阱数和腔长进行了优化,模拟得到了最高工作温度达550～560K,张弛振荡频率在30GHz以上的低阈值MQW DFB.     

应变多量子阱DFB激光器有源区的优化设计

利用一个简单模型对 1.5 5μm波长 In1 - x - y Gay Alx As MQW DFB激光器的阱数和腔长进行了优化 ,模拟得到了最高工作温度达 5 5 0～ 5 6 0 K,张弛振荡频率在 30 GHz以上的低阈值 MQW DFB.     

GaN基蓝光LED的多量子阱结构优化

基于量子阱结构中载流子遂穿势垒原理,使用APSYS软件模拟不同条件下具有不同垒高、垒宽及阱宽的发光二极管（LED）的I-V特性、光强和内量子效率（IQE）的变化,发现自发发射光谱存在红移现象。通过与传统LED的多量子阱（MQW）参数比较发现,当阱宽为2 nm、垒宽为4 nm、垒中In含量为0.08和驱动电流为20mA时...     

InGaN/GaN量子阱结构的应变状态与微结构、物理性能关系的研究

应变普遍存在于失配系统中，包括晶格、热膨胀系数以及扩散系数等失配，其状态即应变是否弛豫及弛豫程度与物理性能密切相关。量子阱或超晶格的晶格应变弛豫发生的临界厚度问题是关系到器件设计、材料制备的基本问题，虽然从理论上已提出了多种计算模型，但不同的模型所计算出的结果差别很大，且不同的模型所使用的范围尚不确定。这就激发了从实验上予以研究的要求。另外，含N的Ⅲ-Ⅴ族究竟适用何种模型尚无定论，且对其弛豫行为以及对性能的影响缺乏细致的研究。本文应用高分辨X射线衍射和透射电子显微技术研究了InGaN／GaN量子阱结构的应变弛豫临界厚度、行为以及对物理性能的影响。得出InGaN／GaN量子阱结构的应变弛豫临界厚度更适合基于介稳外延半导体结构应变弛豫的Fischer模型；失配位错为纯刃型位错，可通过滑移面的改变而形成穿透位错；弛豫发生后，非常明显地影响发光性能，尤其是室温下的发光性能。     

硅基键合InP-InGaAsP量子阱连续激光器的研制

采用键合技术在Si基上制备了InP-InGaAsP量子阱激光器,实现了电注入室温连续工作.采用低温直接键合的方法,将Si衬底和InP-InGaAsP外延片键合在一起,并制成条宽6μm的脊波导边发射激光器.室温连续工作的1.55μm激光器阈值电流为48mA,对应的阈值电流密度和微分电阻分别为2.13kA/cm2和5.8Ω,在约220mA时输出光功率达15mW.     

AlGaN/GaN/InGaN对称分别限制多量子阱激光器的优化设计

采用一维传递矩阵法模拟计算了AlGaN/GaN/InGaN对称分别限制多量子阱激光器(发射波长为396.6nm)的波导特性.以光限制因子、阈值电流密度和功率效率作为优化参量,获得激光器的优化结构参数为:3周期量子阱In0.02Ga0.98N/In0.15Ga0.85N(10.5nm/3.5nm)作为有源层,90nm In0.1Ga0.9N为波导层,120周期Al0.25Ga0.75N/GaN(2.5nm/2.5nm)为限制层.     

Thermal Investigation of GaN-Based Laser Diode Package

We investigated thermal behavior of GaN-based laser diode (LD) packages as a function of cooling systems, die attaching materials, chip loading conditions, and optical performances. The electrical thermal transient technique was employed for the thermal measurement of junction temperature and thermal resistance of LD packages. The results demonstrate that the total thermal resistance of LD packages is controlled mainly by the packaging design rather than the chip structure itself. Significant changes in thermal resistance with input current were observed under a natural cooling system because of the sensitive change in the heat transfer coefficient with the change in temperature. Employment of PbSn as a die attachment was more advantageous over the Ag-paste in the thermal behavior of LD packages. The LD package with epi-down structure resulted in the lower thermal resistance compared to one with epi-up structure. A continuous increase in junction temperature was measured after lasing. It was attributed to an increase in the thermal resistance of LD when it took the optical power into an account. Effective input power was decreased by the lasing and led to high thermal resistance values.     

优化GaN基发光二极管的电极

针对以蓝宝石为衬底的GaN基发光二极管出现的电流扩展不均的问题,采用有限元方法建立了GaN基发光二极管的三维网络模型,并对四种常见结构的器件进行数值模拟,发现影响二极管电流的因素不仅与发光二极管电极的位置有关,而且依赖于器件的结构参数.以电流扩展不均为指标确定出这四种器件中最佳的电极位置分布,同时对最佳电极位置分布的器件进行了结构参数优化,结果表明当p型金属层方块电阻与n型GaN的方块电阻接近时,电流扩展均匀性最好,且p-GaN的接触电阻和厚度越小,电流扩展越不均匀.     

低电阻GaN基太赫兹空气桥结构平面肖特基二极管

提出了通过增大欧姆接触电极包围角提高GaN基太赫兹肖特基二极管的截止频率的方法,该方法减小了空气桥结构平面肖特基二极管的串联电阻,进而提高了器件的截止频率.设计并制备了不同欧姆接触电极包围角的空气桥结构平面肖特基二极管,通过对器件Ⅰ-Ⅴ特性及C-V特性的测量,可知随着欧姆接触电极包围角的增大,肖特基二极管的串联电阻减小,而肖特基二极管的总电容并没有受影响.欧姆接触电极全包围结构的肖特基二极管截止频率为264 GHz,约为欧姆接触电极包围角为180°器件的1.6倍.     

GaInP/AlGaInP脊形波导激光器器件结构的优化研究

通过优化脊形波导的结构参数可以降低脊形波导激光器的阈值电流,提出了实现亚微米脊宽,从而降低阈值电流的方法。针对脊形波导制作过程中蚀刻深度不易控制的问题,对GaInP/AlGaInP材料中加入蚀刻阻挡层进行了研究。     

On a GaN-Based Light-Emitting Diode With a p-GaN/i-InGaN Superlattice Structure

An interesting GaN-based light-emitting diode (LED) with a ten-period i-InGaN/p-GaN (5-nm/5-nm) superlattice (SL) structure, inserted between a multiple-quantum-well structure and a p-GaN layer, is fabricated and studied. This inserted SL can be regarded as a confinement layer of holes to enhance the hole injection efficiency. As compared with a conventional LED device without the SL structure, the studied LED exhibits better current-spreading performance and an improved quality. The turn-on voltage, at 20 mA, is decreased from 3.32 to 3.14 V due to the reduced contact resistance as well as the more uniformity of carrier injection. A substantially reduced leakage current (10^-7-10^-9 A) and higher endurance of the reverse current pulse are found. As compared with the conventional LED without the SL structure, the significant enhancement of 25.4% in output power and the increment of 5% in external quantum efficiency are observed.     

调幅光注入下半导体激光器光强调制特性的实验研究

在受注入光调制的半导体激光器 (LD)光强调制实验中 ,当LD的偏置电流置于某些值时 ,观察到其输出光强不随注入光强改变的实验现象。实验还观察到输出光强的幅度随偏置电流的增加而呈周期性变化。理论分析表明这是由于激活区内载流子消耗、带间载流子吸收综合作用的结果 ,而这些效应与腔内的模式选择、注入电流产生的热效应等过程有关。     

大发光面积激光二极管堆栈抽运结构

由于半导体激光器(LD)在快轴和慢轴两个方向上发散角的不一致和耦合结构的缩束作用,从耦合结构输出的抽运光在经过空间传播后会发生劣化而降低效率.而通过调整激光二极管抽运堆栈结构中激光二极管阵列(LDA)的排布方式,可以改善耦合结构出口后一定距离处光场的空间分布,从而更好地保证抽运光与信号光的匹配.在通过对耦合结构出口的光场追迹分析后,得到了激光二极管堆栈(LDS)排布结构对耦合结构出射光空间分布特性的影响.通过某工程的实验验证,得到了良好的输出光斑和接近90%的传输效率.     

980nm半导体激光二极管的温度特性

测试并分析了980nm半导体激光二极管( SLD)模块的输出光功率、光谱和消光比与注入电流及温度的变化关系。结果反映:在测试范围内,温度不变时该模块的输出光功率随注入电流的增大而增加,经历了自发辐射和受激放大过程;电流不变时该输出光功率随管芯温度的变化基本保持稳定。温度不变的情况下,当注入电流小于阈值电流时,峰值波长、3dB带宽和消光比随注入电流的增大而较快增加,当注入电流大于阈值电流时,峰值波长、3dB带宽和消光比随注入电流的增大而缓慢增加;电流不变时峰值长、3dB带宽和消光比随温度升高而有所增大。