GaN基激光器的內(nèi)部參數(shù)研究.pdf

1、本論文致力于研究GaN基激光器的光學(xué)損耗和載流子注入效率，并取得了如下成果:
　　1、研究了GaN基激光器外延片和器件的光學(xué)損耗。首先，搭建了一套測試GaN基激光器外延片光學(xué)損耗的測試系統(tǒng)，通過理論分析發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的測試誤差小于1cm-1。利用該測試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究了GaN基激光器的光學(xué)損耗來源，證實(shí)了p型層中激活的Mg受主的吸收是激光器光學(xué)損耗的主要來源，但未激活的Mg受主的光吸收系數(shù)不大。仿真計(jì)算及實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，降低p型層與光場的

2、交疊可以有效降低GaN基激光器的光學(xué)損耗。其次，使用Hakki-Paoli法研究了GaN基激光器器件的光學(xué)損耗，發(fā)現(xiàn)外延片與器件的光學(xué)損耗測量值有一定的差異，并分析了造成這種差異的原因。
　　2、研究了c面GaN基綠光激光器的空穴輸運(yùn)特性。針對綠光激光器空穴輸運(yùn)特性存在的爭議，進(jìn)行了仿真計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，空穴能夠從綠光雙量子阱中溢出，從而降低綠光激光器的載流子注入效率。在綠光雙量子阱的下方摻雜硅可以有效抑制空穴從綠光雙

3、量子阱中的溢出，其物理機(jī)制為硅摻雜增加了空穴輸運(yùn)的勢壘。
　　3、研究了綠光激光器InGaN波導(dǎo)層中的載流子復(fù)合及抑制方法。通過模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在最后一個GaN量子壘層和InGaN上波導(dǎo)層之間存在一個勢壘，這個勢壘會阻礙載流子的輸運(yùn)，導(dǎo)致載流子在InGaN上波導(dǎo)層中積聚并復(fù)合，降低綠光激光器的載流子注入效率。當(dāng)InGaN上波導(dǎo)層的In組分高于4％時，載流子在上波導(dǎo)層內(nèi)的復(fù)合不可忽略不計(jì)。適當(dāng)降低InGaN上波導(dǎo)層的In組分可以有效抑

4、制上波導(dǎo)層的載流子復(fù)合，減小綠光激光器的閾值電流。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同模擬計(jì)算結(jié)果吻合的很好。
　　4、研究了GaN基藍(lán)光激光器的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先，在InGaN上（下）波導(dǎo)層與AlGaN上（下）限制層之間插入額外的GaN上（下）波導(dǎo)層可以有效降低激光器的光學(xué)損耗。其次，隨著插入波導(dǎo)層厚度的增加、上波導(dǎo)層背景載流子濃度的上升，上波導(dǎo)層的載流子復(fù)合以及越過電子阻擋層的電子電流會不斷增大，從而降低藍(lán)光激光器的載流子注入效率。最后，采用In組分漸

5、變的InGaN作為上波導(dǎo)層可以有效抑制上波導(dǎo)層的載流子復(fù)合以及越過電子阻擋層的電子電流，提升藍(lán)光激光器的載流子注入效率。
　　5、研究了總氣流量、生長溫度對MOCVD生長AlGaN的影響。在反應(yīng)室壓力、反應(yīng)物濃度保持不變的前提下，隨著總氣流量的增加，反應(yīng)室內(nèi)氣流速率加快，MOCVD生長的速率增加。在AlGaN生長速率不變的前提下，隨著總氣流量的增加、生長溫度的降低，氣相中由NH3分解產(chǎn)生的H原子濃度減少，AlGaN層中并入的碳濃度