en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-02-37-45
Лазерные диоды коротковолнового ультрафиолетового излучения на основе нитрида алюминия-галлия с пониженным содержанием алюминия в квантовом барьере
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Sajid Ullah Khan, Wang Yao, Fang Wang, Yuhuai Liu. AlGaN-based laser diodes with reduced Al composition in Quantum Barriers in the Deep ultraviolet region (Лазерные диоды коротковолнового ультрафиолетового излучения на основе нитрида алюминия-галлия с пониженным содержанием алюминия в квантовом барьере) [на англ. языке] // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 2. С. 37–45. http:doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-02-37-45
Sajid Ullah Khan, Wang Yao, Fang Wang, Yuhuai Liu. AlGaN-based laser diodes with reduced Al composition in Quantum Barriers in the Deep ultraviolet region (Лазерные диоды коротковолнового ультрафиолетового излучения на основе нитрида алюминия-галлия с пониженным содержанием алюминия в квантовом барьере [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 2. P. 37–45. http:doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-02-37-45
Sajid Ullah Khan, Wang Yao, Fang Wang, and Yuhuai Liu, "AlGaN-based laser diodes with reduced Al composition in quantum barriers in the deep ultraviolet region," Journal of Optical Technology. 90(2), 75-80 (2023). https://doi.org/10.1364/JOT.90.000075
Предмет исследования. Влияние концентрации алюминия в квантовом барьере на энергетическую эффективность лазерных диодов на основе нитрида алюминия-галлия, излучающих в коротковолновой части ультрафиолетовой области спектра. Метод. Компьютерное моделирование с помощью Программы Интеграции Лазерных Технологий корпорации Crosslight Software излучательной способности лазерного диода коротковолнового ультрафиолетового излучения с номинальной длиной волны 267,5 нм. Сравнение результатов моделирования двух лазерных диодов на основе нитрида алюминия-галлия: предлагаемого диода с уменьшенным содержанием алюминия в квантовом барьере и лазерного диода с традиционным содержанием алюминия. Критерии сравнения — энергетическая эффективность, степень повышения высоты барьера зоны проводимости, уменьшение высоты барьера валентной зоны, увеличение скорости стимулированной рекомбинации. Основные результаты. Установлено увеличение излучаемой выходной мощности на 0,109 Вт при уменьшенном токе инжекции на 0,02 А и увеличение коэффициента оптического удержания на 19% при рассмотренном уменьшении содержания алюминия в квантовом барьере. Практическая значимость. Доказано улучшение характеристик лазерного диода коротковолнового ультрафиолетового излучения на основе нитрида алюминия-галлия при уменьшении содержания алюминия в квантовом барьере. На основе оптимальных значений параметров, полученных в результате компьютерного моделирования возможна практическая реализация лазерных диодов с предложенной структурой.
лазерный диод коротковолнового ультрафиолетового излучения, оптическая мощность, содержание алюминия, квантовые барьеры, оптическое ограничение
Коды OCIS: 140.3610, 130.5990, 040.4200, 170.4520
Список источников:1. Yun-Fei S., Zhen-Fu W., Te L., Guo-Wen Y. Efficiency analysis of 808 nm laser diode array under different operating temperatures // Acta Phys. Sin. 2017. V. 66. № 10. P. 104202. http:doi.org/10.7498/aps.66.104202
2. Grandusky J.R., Gibb S.R., Mendrick M.C., Moe C., Wraback M., Schowalter L.J. High output power from 260 nm pseudomorphic ultraviolet light-emitting diodes with improved thermal performance // Applied physics express. 2011. |V. 4. № 8. P. 082101. http:doi.org/10.1143/APEX.4.082101
3. Wang W., Liao M., Yuan J., Luo S. Effects of composition-graded AlGaN/GaN/AlGaN electron blocking layer on photoelectric performance in InGaN laser diodes // Optoelectronics and Nanophotonics; and Quantum Information Technology. 2020. V. 11564. P. 28–33. http:doi.org/10.1117/12.2579741
4. Sharif M.N., Niass M.I., Liou J.J., Wang F., Liu Y. The effects of AlGaN quantum barriers on carrier flow in deep ultraviolet nanowire laser diode // Semiconductor Science and Technology. 2021. V. 36. № 5. P. 055017. http:doi.org/10.1088/1361-6641/abeff6
5. Sharif M.N., Khan M.A., Wali Q., Demir I., Wang F., Liu Y. Performance enhancement of AlGaN deep-ultraviolet laser diode using compositional Al-grading of Si-doped layers // Optics & Laser Technology. 2022. V. 152. P. 108156. http:doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.108156
6. Kuo Y.K., Chen F.M., Chang J.Y., Shih Y.H. Structural design and optimization of near-ultraviolet light-emitting diodes with wide wells // Journal of Applied Physics. 2016. V. 119. № 9. P. 094503. http://dx.doi.org/10.1063/1.4942922
7. Khan S.U., Nawaz S.M., Niass M.I., Wang F., Liu Y. Effects of the stepped-doped lower waveguide and a doped p-Cladding layer on AlGaN-based deep-ultraviolet laser diodes // Journal of Russian Laser Research. 2022. V. 3. № 3. P. 1–8. http:doi.org/10.1007/s10946-022-10061-2
8. Li K., Zeng N., Liao F., Yin Y. Investigations on deep ultraviolet light-emitting diodes with quaternary AlInGaN streamlined quantum barriers for reducing polarization effect // Superlattices and Microstructures. 2022 V. 145. P. 106601. http:doi.org/10.1016/j.spmi.2020.106601
9. Zhang Y., Kao T.T., Liu J., Lochner Z., Kim S.S., Ryou J.H., Shen S.C. Effects of a step-graded AlxGa1–xN electron blocking layer in InGaN-based laser diodes // Journal of Applied Physics. 2011. V. 109. № 8. P. 083115. http:doi.org/10.1063/1.3581080
10. Lee S.N., Cho S.Y., Ryu H.Y., Son J.K., Paek H.S., Sakong T., Yoon E. High-power GaN-based blue-violet laser diodes with AlGaN∕GaN multiquantum barriers // Applied physics letters. 2006. V. 88. № 11. P. 111101. http:doi.org/10.1063/1.2185251
11. Xing Y., Zhao D.G., Jiang D.S., Li X., Liu Z.S., Zhu J.J., Du G.T. Suppression of electron and hole overflow in GaN-based near-ultraviolet laser diodes // Chinese Physics B. 2018. V. 27. № 2. P. 028101. http:doi.org/10.1088/1674-1056/27/2/028101
12. Amano H., Collazo R., De Santi C., Einfeldt S., Funato M., Glaab J., Zhang Y. The 2020 UV emitter roadmap // Journal of Physics D: Applied Physics. 2020. V. 53. № 50. P. 503001. http:doi.org/10.1088/1361-6463/aba64c
13. Stratton R. Diffusion of hot and cold electrons in semiconductor barriers // Physical Review. 1962. V. 126. № 6. P. 2002. http:doi.org/10.1103/PhysRev.126.2002
14. Gaur S.P., Navon D.H. Two-dimensional carrier flow in a transistor structure under nonisothermal conditions // IEEE Transactions on Electron Devices. 1976. V. 23. № 1. P. 50–57. http:doi.org/10.1109/T-ED.1976.18346
15. Huang Y.Z., Pan Z., Wu R.H. Analysis of the optical confinement factor in semiconductor lasers // Journal of applied physics. 1996. V. 79. № 8. P. 3827–3830. http:doi.org/10.1063/1.361809
16. Martín J., Sánchez M. Confinement factor, near and far field patterns in InGaN MQW laser diodes // Physica status solidi (b). 2005. V. 242. № 9. P. 1846–1849. http:doi.org/10.1002/pssb.200461774
17. Zhang Z.H., Kou J., Chen S.W.H., Shao H., Che J., Chu C., Kuo H.C. Increasing the hole energy by grading the alloy composition of the p-type electron blocking layer for very high-performance deep ultraviolet light-emitting diodes // Photonics Research. 2019. V. 7. № 4. P. B1–B6. http:doi.org/10.1364/PRJ.7.0000B1
18. Yu H., Chen Q., Ren Z., Tian M., Long S., Dai J., Sun H. Enhanced performance of an AlGaN-based deep-ultraviolet LED having graded quantum well structure // IEEE Photonics Journal. 2019. V. 11. № 4. P. 1–6. http:doi.org/10.1109/JPHOT.2019.2922280
19. Nguyen H.P.T., Djavid M., Woo S.Y., Liu X., Connie A.T., Sadaf S., Mi Z. Engineering the carrier dynamics of InGaN nanowire white light-emitting diodes by distributed p-AlGaN electron blocking layers // Scientific reports. 2015. V. 5. № 1. P. 1–7. http:doi.org/10.1038/srep07744 20. Jain B., Velpula R.T., Bui H.Q.T., Nguyen H.D., Lenka T.R., Nguyen T.K., Nguyen H.P.T. High performance electron blocking layer-free InGaN/GaN nanowire white-light-emitting diodes // Optics express. 2020. V. 28. № 1. P. 665–675. http:doi.org/10.1364/OE.28.000665