半导体QCL的理论研究与有源区结构设计

摘要

当前半导体QCL的输出波长已从中红外增加至太赫兹波段，在各科学领域存在着重要的应用前景。论文主要从理论上对半导体QCL有源区结构设计、输出特性及性能评价进行了全面而深入的研究，设计了以 InGaAs/InAlAs以及GaAs/AlGaAsAl材料体系的“斜跃迁”与“垂直跃迁”两种模式的半导体QCL有源区结构，分析并比较了其结构参数与输出特性。本论文的研究成果对优化半导体QCL的输出性能提供了丰富的理论依据，具体地：
　　1.通过MATLAB软件采用时域有限差分法和传递矩阵法求解了一维有效质量薛定谔方程，并得到有源区各能级与波函数分布。对已有半导体QCL的有源区进行了模拟计算，验证了该方法的有效性。
　　2.构建了半导体QCL的性能评价体系，如偶极矩阵元、散射时间、阈值增益、阈值电流密度、外微分量子效率及工作温度等，完善了半导体QCL的设计理论。
　　3.研究表明设计的新型半导体QCL有源区结构的输出特性优于同类型半导体QCL，且“垂直跃迁”模式优于“斜跃迁”模式。基于In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As材料体系的“垂直跃迁”模式室温下输出功率约为140mW。

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第1章 绪论

1.1 半导体QCL

1.2半导体QCL的发展及应用

1.3 半导体QCL发光原理

1.4 InGaAs/InAlAs材料体系半导体QCL

1.5 本章总结

第2章 半导体QCL基础理论及评价体系

2.1 有效质量薛定谔方程

2.2 散射时间

2.3半导体QCL激光器的评价体系构建

2.4 本章总结

第3章 量子级联激光器有源区结构设计模拟计算

3.1现有有源区结构的MATLAB模拟计算

3.2半导体QCL的有源区结构设计

3.2.1 In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As“斜跃迁”模式QCL

3.2.2 In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As“垂直跃迁”模式QCL

3.2.3 GaAs/Al0.4Ga0.6As “垂直跃迁”模式QCL

3.2.4 GaAs/Al0.4Ga0.6As “斜跃迁”模式量子级联激光器（QCL）

3.3本章总结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表

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