厦门大学物理科学与技术学院，福建 厦门 361005
基于实验样品结构，利用PICS3D模拟软件，构建了具有同样结构的InGaN基蓝光激光器，并采取了与实验样品一致的内部参数测定方式，结果表明，内部损耗相对误差为3.5%，实现了严格的比对。随后，构建了一系列InGaN基蓝光激光器，通过比较不同In摩尔分数下的光输出功率、载流子分布、光场分布、辐射复合系数和能带曲线等参数，对上波导层中的In摩尔分数进行优化研究。设计得到了光功率更优的两种不同的优化结构，均有效减少了电子泄漏，提高了斜率效率，从而有效提高了光电转化效率，其中渐变In摩尔分数上波导层结构提升效果更为显著。
二极管激光器 上波导层 渐变层 电子泄漏 光学学报
2023, 43(20): 2014002
厦门大学物理科学与技术学院，福建 厦门 361005
为了进一步提升蓝光激光器的性能，基于实验样品结构，详细研究了不同结构的p型波导层和有源区的组合对InGaN基边发射蓝光激光器性能的影响。利用PICS3D软件模拟计算其光输出功率-电流-电压特性曲线、能带结构、载流子电流密度分布、激射复合率等光电特性。结果表明，In组分渐变的p型波导层和前两个量子垒层、最后一个量子垒层使用AlGaN材料的新结构，可以很好地抑制电子泄漏，增加空穴注入，提高受激辐射复合率，从而提升蓝光激光器的发光效率。在1.5 A注入电流下，新结构的光输出功率可达2.69 W，相较标准结构提升了47.8%。
激光器 蓝光激光器 InGaN 波导层 有源区 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1714007
1 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
2 郑州大学传感器研究院，河南 郑州 450001
3 郑州唯独电子科技有限公司，河南 郑州 450001
4 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，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。
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 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1514007
厦门大学物理科学与技术学院，福建 厦门 361005
为提高紫外激光器的光电性能，降低阈值电流，提出采用Al组分渐变的量子垒层（QBs）以及Al组分渐变的n型波导层（n-WG）优化标准结构——参考实验样品设计的AlGaN基紫外激光器结构，使用PICS3D仿真软件，对3种不同的新结构及标准结构进行构建和数值分析。比较了4种结构的L-I-V特性曲线、能带结构、载流子电流密度分布等性质，结果表明，同时采用Al组分渐变的QBs以及Al组分渐变的n-WG的紫外激光器具有更优异的性能：在800 mA注入电流下光输出功率可达775 mW，与标准结构相比提高了35.7%；阈值电流为62.3 mA，与标准结构相比降低了73.6%。
激光器与激光光学 AlGaN 紫外激光器 量子垒层 n型波导层 PICS3D 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0514005
1 太原理工大学 新材料界面科学与工程教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学 轻纺工程学院，山西 太原 030024
3 太原理工大学 材料科学与工程学院，山西 太原 030024
4 陕西科技大学 材料原子·分子科学研究所，陕西 西安 710021
高功率GaN基激光二极管外延结构理论仿真对提高GaN基激光二极管的光电性能具有重要的指导意义。设计了一种n侧双波导结构的绿光激光二极管外延结构，讨论了激光器外延结构中n-InxGa1−xN波导层中铟组分对其光电性能的影响，揭示了n-InxGa1−xN波导层对激光二极管光电性能的影响机制。通过调控n-InxGa1−xN波导层中铟组分，调控外延层中的光场分布，使光场发生了偏移。结果表明，当n侧InxGa1−xN波导层中铟组分最佳值为0.07时，将光子损耗降低了0.2 cm−1，阈值电流由193.49 mA降低到115.98 mA，此外，器件的光子损耗最少，阈值电流最小，工作电压最低，从而提高了激光二极管的输出功率和电光转换效率。因此，当绿光激光二极管的注入电流密度为6 kA/cm2时，功率输出达234.95 mW。n侧双波导结构设计为制备高功率绿光激光二极管提供了理论指导和数据支撑。
绿光 GaN基激光二极管 波导层 光场分布 green light GaN based laser diode waveguide layer optical field distribution 红外与激光工程
2021, 50(10): 20200489
1 衢州职业技术学院 信息工程学院, 衢州 324000
2 北京工业大学 光电子技术省部共建教育部重点实验室, 北京100124
为了能够设计出具有反射功能的导模共振光栅, 采用光栅的等效介质理论、平面波导理论以及严格耦合波法, 进行了理论分析和实验验证, 设计了在TE偏振下波长850nm处具有反射共振的导模共振光栅。利用严格耦合波法, 计算并分析了光栅参量、入射角以及波导层厚度对共振波长和线宽的影响。结果表明,随着占空比的增大, 共振波长会红移, 而共振线宽会随着占空比的增大先增后减, 占空比为0.5时线宽能达到最宽;共振波长会随着光栅周期和波导层厚度的增大而增大, 但线宽几乎不变, 当周期从490nm增加到520nm时, 共振波长红移了将近50nm,而当波导层厚度从217nm增加到251nm时, 共振波长红移了将近25nm;光栅厚度变化对共振波长和共振线宽影响很微弱,当入射角是垂直入射时仅有一个共振峰, 但是当入射角不为0°时会出现两个共振峰, 并且两个共振波长随着入射角度的变大一个会蓝移而另一个则红移。该研究为实际制备反射导模共振光栅提供了理论指导。
光栅 共振 严格耦合波分析 波导层 gratings resonance rigorous coupled wave analysis waveguide layer
上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海市现代光学系统重点实验室， 教育部光学仪器与系统工程中心， 上海 200093
针对通信波段设计并制作了楔形波导层的导模共振滤波片（GMRF），分析并研究了其光谱特性。采用三角掩模板的方法进行离子束刻蚀，刻蚀一定次数后获得楔形波导层。光栅线条方向分为平行于和垂直于楔形波导层变化的方向。实验结果表明，对于两种结构，共振峰的位置与滤波片上的位置呈近似线性关系。光栅刻槽平行于楔形层变化的方向时共振峰的半峰全宽较光栅刻槽垂直于楔形层变化的方向时大。最终在20 mm的样品上，获得了线性渐变的Ta2O5楔形薄膜，其反射谱在1560~1600 nm范围内近似于线性变化。
光谱学 导模共振滤光片 楔形波导层 离子束刻蚀 中国激光
2016, 43(10): 1011001
北京工业大学 光电子技术省部共建教育部重点实验室, 北京 100124
为了对980nm大功率半导体激光器的波导层和有源层外延材料进行快速表征, 设计了相应的双异质结(DH)结构和量子阱(QW)结构, 并在不同条件下进行了MOCVD外延生长, 通过室温荧光谱测试分析, 得到Al0.1Ga0.9As波导层的最佳生长温度为675℃, InGaAs QW的最佳长温度为575℃。为了兼顾波导层需高温生长和QW层需低温生长的需求, 提出在InGaAs QW附近引入Al0.1Ga0.9As薄间隔层的变温停顿生长方法, 通过优化间隔层的厚度, InGaAs QW在室温下的PL谱的峰值半高宽只有23meV。基于优化的外延工艺参数, 进行了980nm大功率半导体激光器的外延生长, 并制备了腔长4mm、条宽95μm的脊形器件。结果显示, 在没有采取任何主动散热情况下, 器件在30A注入电流下仍未出现腔面灾变损伤, 输出功率达到23.6W。
半导体激光器 量子阱 波导层 生长温度 laser diodes MOCVD MOCVD quantum well (QW) waveguide growth temperature
1 天津大学精密仪器工程系, 天津 300072
2 天津大学分析中心, 天津 300072
对质子交换光波导生长机理进行了研究并给出了波导层厚度的计算公式。
质子交换光波导 生长机理 波导层厚度
