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AlGaN基深紫外半导体激光器有着巨大的应用市场,例如化学分析,医疗诊断设备,生物试剂检测系统,高密度数据存储,水净化和材料处理等方面。AlGaN拥有相对较宽的禁带宽度,通过调节AlGaN中Al组分的含量,可以使激光器辐射出深紫外波段(<280nm)的激光。近几年来,AlGaN深紫外半导体激光器吸引了国内外研究机构和学者强烈的研究兴趣。然而,由于外延生长技术方面的限制难以获得高质量的AlGaN材料;Mg掺杂剂的高活化能所导致有限的P型掺杂效率;大量的电子泄漏和相对较低的空穴注入效率等问题严重阻碍了AlGaN基深紫外半导体激光器优越性能的实现。本论文着眼提升深紫外半导体激光器的性能,展开了优化激光器外延结构的仿真研究。本论文主要研究内容和创新点如下:1.以减少深紫外半导体激光器的电子泄漏,提升载流子辐射复合速率为出发点,提出了双锥型电子阻挡层的优化方案。通过仿真实验分别模拟了激光器采用参考型、锥型和反锥型三种不同的电子阻挡层的差异并首次提出双锥型电子阻挡层的设计。然后设计了激光器采用双锥型和参考型电子阻挡层在能带、载流子浓度、辐射复合速率和泄漏电流等方面的对比实验。基于仿真数据发现当激光器采用双锥型电子阻挡层时能形成较高的电子势高,能有效减少激光器的电子泄漏,载流子辐射复合速率提升4.9%。2.为了提升激光器有源区的载流子辐射复合速率,本文提出阶梯型量子垒的设计。仿真结果表明激光器采用阶梯型量子垒能有效提升载流子辐射复合速率和激光器的斜坡效率。然后模拟了当有源区采用阶梯型量子垒时,激光器分别采用参考型、锥型、反锥型和双锥型四种不同的电子阻挡层的性能差异。仿真实验数据表明在改善激光器载流子辐射复合速率方面,双锥型电子阻挡层仍然有最好的效果。通过数值仿真模拟了激光器基于不同量子阱数量的输出特性比较。发现当激光器有源区采用双量子阱结构时,激光器的内部增益最大,性能最佳。本文提出的深紫外半导体激光器外延结构的优化方案,对改善激光器的电子泄漏和提升载流子辐射复合速率具有重要意义。