电子阻挡层Al组分对GaN基蓝光激光二极管光电性能的影响

摘要

采用SiLENSe(Simulator of light emitters based on nitride semiconductors)软件仿真研究了Al_(x)In_(y)Ga_(1-x-y)N电子阻挡层(EBL)Al组分渐变方式对GaN基激光二极管(LD)光电性能的影响,实现了提高输出功率和电光转换效率的目的。文中提出的四种Al组分渐变方式分别是传统均匀组分、右阶梯渐变组分(0~0.07~0.16)、三角形渐变组分(0~0.16~0)、左阶梯渐变组分(0.16~0.07~0)。结果表明,与传统均匀组分EBL结构相比,Al组分阶梯渐变Al_(x)In_(y)Ga_(1-x-y)N EBL LD导带底的电子势垒显著提高,价带顶的空穴势垒降低。这主要是由于该结构能有效抑制电子泄漏和提高空穴注入效率,从而提高有源区载流子浓度,进而提高有源区辐射复合效率。当注入电流为0.48 A时,采用Al组分阶梯渐变Al_(x)In_(y)Ga_(1-x-y)N EBL结构能将器件开启电压从5.1 V降至4.9 V,光学损耗从3.4 cm^(-1)降至3.29 cm^(-1),从而使光输出功率从335 mW提高至352 mW,电光转换效率从12.5%提高至13.4%。此外,讨论了Al组分阶梯渐变EBL结构对GaN基蓝光LD光电性能的影响机制。该结构设计将为外延生长高功率GaN基LD提供实验数据和理论支撑。