GaN基半导体激光器仿针与参数优化问题

GaN半导体材料的商业应用研究开始于1970年，其在高频和高温条件下能够激发蓝光的独特性质从一开始就吸引了半导体开发人员的极大兴趣。由于GaN半导体器件在光显示、光存储、激光打印、光照明以及医疗和军事等领域有着广阔的应用前景，GaN器件的广泛应用将预示着光电信息乃至光子信息时代的来临。因此，以GaN为代表的第三代半导体材料被誉为IT产业新的发动机。近几年世界各国政府有关机构、相关企业以及风险投资公司纷纷加大了对GaN基半导体材料及其器件的研发投入和支持。风险投资机构同样表现出很大的兴趣，近三年内向该领域总计投入了约5亿美元的资金。

    GaN基LD是迄今波长最短的半导体激光器，是光存储技术进一步发展的急需器件，是国家"863"计划攻关的重点项目之一。发光波段在400～ 410nm 的GaN 基蓝紫光激光器是高密度光存储系统中最有希望的光源. 1996年, 日本日亚公司的中村(N akam u ra) 宣布实现室温下连续激射的蓝紫光激光器。此后, GaN 基激光器方面的研究取得一系列的重大突破. 目前, 已经有包括日亚、索尼和Cree 在内的多家公司获得了实用的激光器。GaN 基激光器的设计和制造意义十分重大。而GaN基半导体激光器仿针与参数优化问题成为设计GaN基半导体激光器的关键。

    1．半导体激光器仿真的研究现状

    激光器的模拟方法从早期的一维模拟, 求解泊松方程、载流子连续性方程、波方程、光子速率方程, 发展到二维模拟, 加入热流方程、非线性增益抑制、全矢量波方程。半导体激光器的数值模拟开始于20世纪70年代初。直至80年代初, 半导体激光器的数值模拟还是基于一维和准二维模型之上的。在Wilt 等人的准二维模型中, 对方程在有源区和限制层中的两个方向上进行了分离。自80年代中后期开始出现了二维模拟器。至今, 对半导体激光器的完全三维模拟仍未见报道。

    关于半导体激光器的模拟的方法现在人不断见诸报道。概括的讲，常见的数值方法不外乎有限元法，有限差分法，以及它们针对波传输的优化算法，如BPM。然而，文献上所报道的计算方法往往是针对一些具体问题的，通用性受到限制。量子阱激光器作为光通信和光信息处理系统中的重要器件之一, 研究开发量子阱激光器是信息科学领域的一个重要方面, 其计算机辅助分析与设计也是这个领域的重要研究课题。开发一通用, 精确模拟软件为人们所重视。

    加拿大的CrossLight.Inc公司开发的crosslight软件包是一个强大的用于器件仿真的软件。该软件可以对量子阱激光器的物理行为进行全面的仿真，可以计算如阈值电流、载流子分布、温度常分布等特性。国内一些单位也设计了一些专门针对量子阱激光器的软件，如QWCAD。该软件的模拟方法从早期的一维模拟, 求解泊松方程、载流子连续性方程、波方程、光子速率方程, 发展到二维模拟, 加入热流方程、非线性增益抑制、全矢量波方程。QWCAD 目前对于异质结模拟仍然采用这些方程和模型, 但对于量子阱结构, QWCAD 引入薛定谔方程, 并在模拟过程中调用增益计算模块,处理应变所引发的增益变化。为此付出的代价是模拟速度的降低, 但算法的优化和计算机的迅速发展也会逐步缓解这一问题。<br /><hr /> Orignal From: <a href="http://www.rayscience.com/blog/?p=94" target=_blank>GaN基半导体激光器仿针与参数优化问题</a><br />