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基于空穴存储层的深紫外激光二极管性能优化

激光与光电子学进展 2022年第23期59卷 186-191页

作者：王梦真王瑶魏士钦王芳全智刘玉怀郑州大学信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心河南郑州450001 郑州唯独电子科技有限公司河南郑州450001 郑州大学产业技术研究院有限公司河南郑州450001

为改善深紫外激光二极管(DUV-LD)有源区内空穴注入效率低的问题,在传统DUV-LD结构基础上引入空穴存储层(HRL),并将HRL改为Al摩尔分数从n区到p区递减的五阶梯HRL。用Crosslight公司的Lastip软件对该HRL进行数值研究,结果表明,该结构可以... 详细信息

为改善深紫外激光二极管(DUV-LD)有源区内空穴注入效率低的问题,在传统DUV-LD结构基础上引入空穴存储层(HRL),并将HRL改为Al摩尔分数从n区到p区递减的五阶梯HRL。用Crosslight公司的Lastip软件对该HRL进行数值研究,结果表明,该结构可以获得更高的载流子辐射复合速率和更低的阈值电流。当五阶梯Al摩尔分数递减的HRL位于DUV-LD最后一层量子势垒和上波导层之间时,电子泄漏最小,器件性能得到明显改善。

关键词：激光光学深紫外激光二极管空穴存储层空穴注入效率电子泄漏

基于阱式阶梯电子阻挡层的深紫外激光二极管性能研究

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量子电子学报 2023年第1期40卷 62-68页

作者：魏士钦王瑶王梦真王芳刘俊杰刘玉怀郑州大学信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心河南郑州450001 郑州唯独电子科技有限公司河南郑州450001 郑州大学产业技术研究院有限公司河南郑州450001

为有效降低深紫外激光二极管(DUV-LD)在有源区的电子泄露,提出了一种阱式阶梯电子阻挡层(EBL)结构。利用Crosslight软件对矩形、阶梯形和阱式阶梯形三种不同的结构分别进行了仿真研究,详细对比分析了三种结构器件的能带图、辐射复合率... 详细信息

为有效降低深紫外激光二极管(DUV-LD)在有源区的电子泄露,提出了一种阱式阶梯电子阻挡层(EBL)结构。利用Crosslight软件对矩形、阶梯形和阱式阶梯形三种不同的结构分别进行了仿真研究,详细对比分析了三种结构器件的能带图、辐射复合率、电子空穴浓度、P−I以及V−I特性等,结果表明阱式阶梯EBL对电子的泄露抑制效果最好,从而使得器件的光学和电学性能得到优化。

关键词：激光技术深紫外激光二极管 AlGaN 阱式阶梯电子阻挡层电子泄露

利用倒双阶渐变阶梯形电子阻挡层减少深紫外激光二极管的电子泄露

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原子与分子物理学报 2023年第1期40卷 106-112页

作者：张鹏飞钟瑞王瑶贾李亚王芳刘玉怀郑州大学信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心郑州450001 郑州唯独电子科技有限公司郑州450001 郑州大学产业技术研究院有限公司郑州450001 郑州轻工业大学计算机与通信工程学院郑州450001

本文提出了用双阶渐变阶梯和倒双阶渐变阶梯形电子阻挡层(EBL)以减少AlGaN基深紫外激光二极管(DUV-LDs)在p型区的电子泄露,并用Crosslight软件模拟仿真了双阶渐变阶梯和倒双阶渐变阶梯形EBL结构的光电特性,结果发现:具有倒双阶渐变阶梯... 详细信息

本文提出了用双阶渐变阶梯和倒双阶渐变阶梯形电子阻挡层(EBL)以减少AlGaN基深紫外激光二极管(DUV-LDs)在p型区的电子泄露,并用Crosslight软件模拟仿真了双阶渐变阶梯和倒双阶渐变阶梯形EBL结构的光电特性,结果发现:具有倒双阶渐变阶梯形EBL的激光器拥有比双阶渐变阶梯形EBL激光器更高的斜率效率(SE),更高的输出功率,更低的阈值电流和阈值电压,更高的有效势垒高度和更低的电子泄露.这意味着前者拥有更强的抑制电子泄露的能力.在与矩形EBL结构对比中发现,所提出的结构还提高了有源区载流子浓度和辐射复合速率,进一步提高了DUV-LDs的光电性能.

关键词： AlGaN 深紫外激光二极管电子阻挡层电子泄露

利用山形空穴存储层结构对深紫外激光二极管的性能优化

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原子与分子物理学报 2023年第6期40卷 117-122页

作者：桑習恩许愿尹孟爽王芳刘俊杰刘玉怀郑州大学信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心河南省电子材料与系统国际联合实验室郑州450001 郑州大学传感器研究院郑州450001 郑州唯独电子科技有限公司郑州450001 郑州大学产业技术研究院有限公司郑州450001

为了有效提高深紫外激光二极管的空穴注入效率和减少电子泄露,优化其性能,设计出了在基础矩形空穴存储层结构上改进后的山形空穴存储层和倒山形空穴存储层.使用Crosslight软件模拟仿真倒山形和山形空穴存储层结构的电子浓度、电子电流... 详细信息

为了有效提高深紫外激光二极管的空穴注入效率和减少电子泄露,优化其性能,设计出了在基础矩形空穴存储层结构上改进后的山形空穴存储层和倒山形空穴存储层.使用Crosslight软件模拟仿真倒山形和山形空穴存储层结构的电子浓度、电子电流密度、能带图以及P-I特性曲线.结果显示山形空穴存储层激光器的光学和电学性能优于矩形和倒山形激光器,因此山形空穴存储层激光器能有效地增加有源区空穴注入和减少电子泄露,提高有源区载流子浓度和辐射复合速率,实现了激光器优越的光电性能.

关键词：深紫外激光二极管空穴存储层空穴注入效率电子泄露

利用W形空穴阻挡层降低AlGaN基深紫外激光二极管的空穴泄露

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原子与分子物理学报 2023年第5期40卷 105-110页

作者：贾李亚张鹏飞张傲翔王芳刘俊杰刘玉怀郑州大学信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心河南省电子材料与系统国际联合实验室郑州450001 郑州大学传感器研究院郑州450001 郑州大学产业技术研究院有限公司郑州450001 郑州唯独电子科技有限公司郑州450001

本文设计了V形和W形的空穴阻挡层(HBL)结构,改善空穴在AlGaN基深紫外激光二极管(DUV-LD)n型区的泄露问题.使用Crosslight软件,将参考型矩形、V形和W形三种空穴阻挡层结构进行仿真研究,分别比较了三种不同结构的DUV-LD能带、n区空穴浓度... 详细信息

本文设计了V形和W形的空穴阻挡层(HBL)结构,改善空穴在AlGaN基深紫外激光二极管(DUV-LD)n型区的泄露问题.使用Crosslight软件,将参考型矩形、V形和W形三种空穴阻挡层结构进行仿真研究,分别比较了三种不同结构的DUV-LD能带、n区空穴浓度、辐射复合率、电光转换效率、有源区载流子浓度等特性,结果表明,具有W形空穴阻挡层的DUV-LD拥有更高的空穴有效势垒高度、更高的辐射复合率、更低的空穴泄露以及更好的斜率效率,可以有效降低深紫外激光二极管在n型区的空穴泄露,提升其光学和电学性能.

关键词： AlGaN 深紫外激光二极管空穴阻挡层空穴泄露

多量子势垒双阻挡层结构对AlGaN基深紫外激光二极管的性能优化

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原子与分子物理学报 2022年第2期39卷 141-146页

作者：王梦真王瑶魏士钦王芳全智刘俊杰刘玉怀郑州大学信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心郑州450001

为提高AlGaN基深紫外激光二极管(Deep Ultraviolet Laser Diodes,DUV-LD)有源区内载流子浓度,减少载流子泄露,提出一种DUV-LD双阻挡层结构,相对于传统的单一电子阻挡层(Electron Blocking Layer,EBL)结构,又引入一空穴阻挡层(Hole Block... 详细信息

为提高AlGaN基深紫外激光二极管(Deep Ultraviolet Laser Diodes,DUV-LD)有源区内载流子浓度,减少载流子泄露,提出一种DUV-LD双阻挡层结构,相对于传统的单一电子阻挡层(Electron Blocking Layer,EBL)结构,又引入一空穴阻挡层(Hole Blocking Layer,HBL),仿真结果证明空穴阻挡层的应用能很好地减少空穴泄漏.同时又对双阻挡层改用五周期Al_(0.98)Ga_(0.02)N/Al_(0.9)Ga_(0.1)N多量子势垒层结构,结果显示与矩形EBL和HBL激光二极管相比,多量子势垒EBL和HBL激光二极管有更好的斜率效率,并且有源区内电子和空穴载流子浓度以及辐射复合速率都有效提高,其中多量子势垒EBL在阻挡电子泄露方面效果更显著.

关键词：多量子势垒双阻挡层深紫外激光二极管载流子泄露

Ⅲ族氮化物半导体深紫外激光二极管的结构优化研究

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Ⅲ族氮化物半导体深紫外激光二极管的结构优化研究

作者：王瑶郑州大学

学位级别：硕士

半导体激光二极管已经包括了从太赫兹到紫外的广阔波段,在工业、交通、通信、信息处理、医疗卫生以及文化教育等多种领域都有着非常重要的应用。本文所研究的就是对用Ⅲ族氮化物半导体材料设计的深紫外激光二极管(Deep Ultraviolet Lase... 详细信息

半导体激光二极管已经包括了从太赫兹到紫外的广阔波段,在工业、交通、通信、信息处理、医疗卫生以及文化教育等多种领域都有着非常重要的应用。本文所研究的就是对用Ⅲ族氮化物半导体材料设计的深紫外激光二极管(Deep Ultraviolet Laser Diode,DUV-LD)的性能进行优化。由于Ⅲ族氮化物材料的激光二极管具有可以直接包含蓝光、绿光、紫光和紫外光的比较大的禁带宽度,并且它的发光特性远远优于以往的其他材料,这些材料自身的特征决定了Ⅲ氮化物材料可适用于制作光学器件的必然性。通过使用Crosslight公司的Lastip仿真软件,对深紫外激光二极管的电子阻挡层(Electron Barrier Layer,EBL)、波导层(Waveguide Layer,WGL)以及有源区结构进行了优化。为了解决高的电子泄露、空穴泄露以及低的载流子复合率等问题,开展了对DUV-LD优化的仿真实验。本文所开展的主要内容如下:1.对于激射波长小于280 nm的DUV-LD而言,所面临的严峻问题之一就是电子泄露的问题。目前常采取的方法是通过在p区中加入一层AlGaN电子阻挡层(EBL)结构。这层EBL结构可以在p型层中提供一个额外的势垒,有效地阻碍电子从有源区中溢出到p区,从而可以降低电子泄露的问题,达到有效提高AlGaN基深紫外激光二极管性能的目的。将具有矩形EBL、正梯矩形EBL和倒梯矩形EBL的深紫外激光二极管进行比较和研究,实验结果显示具有倒梯矩形电子阻挡层结构的深紫外激光二极管能够提供更高的电子有效势垒,从而有效地抑制了电子泄漏。2.为了使光子高效率的聚集在DUV-LD的有源区内,选择在DUV-LD结构中优化上下波导(WGL)结构并且选用折射率比有源区低的AlGaN材料。因为光子在上下波导层的折射率低于在有源区的折射率,可以将光更好的限制在有源区内,从而使得深紫外激光二极管获得更高的光增益。所以通过对上下波导层的优化可以有效提高DUV-LD的光电性能。将具有矩形WGL、单阶梯型WGL和双阶梯型WGL结构的深紫外激光二极管进行对比和研究,得出具有新型双阶梯型上波导层和双阶梯下波导层的DUV-LD不仅能够提高器件的材料增益,而且还可以在上波导层处提供更高的电子有效势垒,在下波导层处提供更高的空穴有效势垒,从而有效地抑制了电子泄漏和空穴泄露的问题。3.提出一个激射波长为267 nm的BGaN基深紫外激光二极管。模拟重点是对BGaN基深紫外激光二极管有源区结构的设计和优化,包括对有源区量子阱对数结构的优化、以及量子阱(QW)和量子势垒(QB)厚度的优化,改进后得到一个阈值电流为23.68 m A,且当注入电流为80 m A时,输出功率可以达到129m W的高性能器件。本文提到的对深紫外激光二极管结构的优化方案,对改善器件的电子泄露、空穴泄露以及低的载流子复合率等问题具有重要的意义。

关键词：深紫外激光二极管 AlGaN 电子阻挡层波导层 BGaN

具有阶梯型超晶格电子阻挡层和楔形空穴阻挡层结构的AlGaN基深紫外激光二极管性能优化

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激光与光电子学进展 2023年第15期60卷 329-336页

作者：张傲翔任炳阳王芳刘俊杰刘玉怀郑州大学电气与信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心河南省电子材料与系统国际联合实验室河南郑州450001 郑州大学计算机与人工智能学院河南郑州450001 郑州大学智能传感器研究院河南郑州450001 郑州唯独电子科技有限公司河南郑州450001 郑州大学产业技术研究院有限公司河南郑州450001

为了提升深紫外激光二极管(DUV LDs)的载流子注入效率,优化其工作性能,提出了阶梯型超晶格(SSL)电子阻挡层(EBL)和楔形(WS)空穴阻挡层(HBL)结构。使用Crosslight软件分别仿真了具有矩形EBL和HBL、矩形超晶格(RSL)EBL和塔形(TS)HBL以及SS... 详细信息

为了提升深紫外激光二极管(DUV LDs)的载流子注入效率,优化其工作性能,提出了阶梯型超晶格(SSL)电子阻挡层(EBL)和楔形(WS)空穴阻挡层(HBL)结构。使用Crosslight软件分别仿真了具有矩形EBL和HBL、矩形超晶格(RSL)EBL和塔形(TS)HBL以及SSL EBL和WS HBL的DUV LDs。仿真结果表明,SSL EBL和WS HBL更有效地增加了量子阱(QWs)中的载流子注入,减少了非有源区的载流子泄漏,提高了辐射复合率,降低了阈值电压和阈值电流,提高了DUV LDs的输出功率和电光转换效率。

关键词：激光器深紫外激光二极管 AlGaN 阶梯型超晶格阻挡层

基于双凹型波导层的深紫外激光二极管辐射复合特性

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激光与光电子学进展 2023年第15期60卷 244-249页

作者：许愿魏士钦张鹏飞王瑶王芳刘玉怀郑州大学信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心河南郑州450001 郑州大学传感器研究院河南郑州450001 郑州唯独电子科技有限公司河南郑州450001 郑州大学产业技术研究院有限公司河南郑州450001

本文提出利用双凹波导层来改善深紫外(DUV)激光二极管(LDs)的辐射复合特性。利用Crosslight软件对四种不同的波导层结构进行了仿真研究。结果表明,双凹下波导层的引入提高了空穴的有效势垒高度,有效地抑制了空穴从多量子阱(MQW)区的泄漏... 详细信息

本文提出利用双凹波导层来改善深紫外(DUV)激光二极管(LDs)的辐射复合特性。利用Crosslight软件对四种不同的波导层结构进行了仿真研究。结果表明,双凹下波导层的引入提高了空穴的有效势垒高度,有效地抑制了空穴从多量子阱(MQW)区的泄漏,增加了MQW区载流子的浓度。优化后的结构辐射复合率显著提升,具有更好的P-I特性和光学约束因子,为提高DUV LDs的性能提供了一个有效的解决方案。

关键词：激光器与激光光学深紫外激光二极管 AlGaN 上波导层下波导层辐射复合速率