GaN基半导体激光器仿针与参数优化问题

以上所说的两个软件主要是用于半导体激光器的器件级仿真，而光学方面的仿真功能较弱。美国的Optiwave公司是世界领先的光学软件公司，其产品OptiBPM可以对波导的传输特性进行全面的仿真，同时进行参数优化。其算法非常优化，且界面友好。

    2．GaN基半导体激光器仿真的问题与难点

    半导体激光器是一个典型的受限载流子（电子＋空穴）和光子（不同纵、横模式，受激和自发辐射）系统，GaN基LD的基础结构更是一个大失配的多量子阱体系。这大大增加了GaN基半导体激光器的仿真难度。目前用于开发量子阱激光器二维模拟软件的方法一般采用求解二维电学, 光学, 热学方程, 其中运用增益经验公式或平带增益计算结果。因其方法过于近似化, 不能得到精确的载流子分布。然而，过于精确的求解会使计算量大得惊人，很容易超过目前计算机的计算机极限。

    半导体激光器是一个光、电、热耦合的复杂量子体系，且个物理量之间耦合性非常强。在光存储系统应用中, 要求激光器能工作在0～ 80℃之间. 通过改善激光器的温度特性能确保器件实现高温下稳定工作, 真正达到的实用化。因此温度是一个非常重要的物理量。然而，在半导体激光器中，温度对其它参量的影响非常大。温度对载流子浓度的影响是指数关系，而载流子浓度会影响电流分布，反过来又会影响温度场的分布。这是一个高度非线性的耦合。同时，光场的分布也会影响载流子和温度的分布，这个耦合关系则更为复杂。

    对于GaN基半导体激光器而言，GaN基半导体激光器结构比较复杂，从上到下一般有8~10层材料，而量子阱中更是有很多结构细微的超薄层。整个器件的尺寸差异极大，这在数值计算时容易带来很大的误差。同时，波导中传播模式的问题属于特征值问题，在网格数很多时特征值的求解会变得非常困难，而且由于波的传播是一个无限空间的问题，其特征值的求解往往需要反复迭代，这使求解速度变得非常缓慢。

    GaN基半导体激光器的仿真最大的一个问题在于，GaN基半导体激光器目前的制造工艺还很不完善，器件中存在大量缺陷，这就破坏了仿真的理想假设条件，这给仿真结果的有效性带来了很大的影响。

    针对GaN基半导体激光器的仿真所存在的问题，我们应当对其仿真程序进行针对性优化。首先，我们可以根据一些GaN基半导体激光器实际制造中的情况，作一些合理的简化假设。其次，我们可以对GaN基半导体激光器中特殊的器件结构，如量子阱，设计专门的求解器，加速求解过程。最后，要有效的结合实验结果，不断对仿真程序进行改进。<br /><hr /> Orignal From: <a href="http://www.rayscience.com/blog/?p=95" target=_blank>GaN基半导体激光器仿针与参数优化问题</a><br />