专题:光电子器件
光电子器件是人类认识自然、感知自热、探索自然、回馈自然的重要途径,是国家综合实力和科技水平的重要体现

边发射激光器仿真专题

GMPT, 2023/09/27

摘要: 本专题采用 NUWA 软件仿真FP、DFB和 BH DFB 边发射激光器的光电特性,展示 NUWA 软件针对边发射激光器的结构建模过程及其相关模型参数设置和特征结果,旨在让使用者充分了解和掌握 NUWA 软件的操作和使用,并能够使用该软件进行各种边发射激光器的仿真和优化设计。

1 前言

   近年来,由于具有特殊结构优势,VCSEL(垂直腔面发射激光器)逐渐受到业界的重点关注,并在多个领域得到应用。但作为最早被开发和使用的一种半导体激光器,边发射激光器(Edge-Emitting Laser,EEL)即激光沿着有源层平面方向出射的激光器,仍然在光通信、激光切割、汽车照明、医疗、激光雷达以及新兴应用中发挥着重要作用,而且发展潜力巨大。

   边发射激光器的横向结构设计决定了器件的横膜特性,即光斑形状;谐振腔的设计决定了边发射激光器的纵模特性。Fabry-Perot 谐振腔构成多纵模的 FP 激光器;分布反馈光栅结构构成单纵模的 DFB 激光器;分布布拉格光栅结构构成单纵模的 DBR 激光器;周期性量子阱子带间的跃迁形成 QCL(量子级联激光器)。边发射激光器的光电特性决定于其横向结构和谐振器设计,量子阱厚度、材料组分分布、掺杂分布、脊宽、波导层厚度、光栅结构及其位置对载流子注入效率、SRH 复合、俄歇复合、微分增益、材料增益、纵向脊横向模式分布都会造成影响。所以,高性能边发射激光器需要具有最优的结构和谐振腔设计,而器件仿真则是一种既经济又快速的性能优化方法。

   本专题就是基于器件仿真技术专门针对边发射激光器而设置的,主要讲述边发射激光器如FP、DFB、BH DFB 激光器的仿真和分析过程,包括结构构建、模型设置和结果分析,尤其是光栅的不同设置方法。目的在于使用户能够掌握器件仿真技术在边发射激光器性能优化中应用,最终为边发射激光器性能提升和应用扩展提供支持。

2 仿真工具

   本专题针对FP、DFB和 BH DFB 边发射激光器采用 NUWA 半导体工艺和器件仿真软件进行仿真。NUWA 软件通过采用有效折射率方法求解标量光波方程,计算边发射激光器的纵向及横向模式特性,考虑光、电、热、力、隧穿和自热模型的相互耦合,并自洽计算半导体漂移-扩散基本方程,来实现对边发射激光器光电特性的仿真。