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随着科技的不断进步,深紫外波段的半导体激光器有望应用于光存储、军事医疗、卫星通信、杀菌消毒、分析仪器等领域。在全球新冠疫情的背景下,深紫外线成为杀灭新冠病毒的又一有效手段,而高功率的深紫外激光为短时间内快速杀灭病菌提供可能。目前深紫外半导体激光器的主要材料为AlGaN,其主要通过调控AlN与GaN材料的含量而组成的三元化合物,该材料能覆盖整个深紫外波段范围。然而目前该材料的应用依旧处在实验研究阶段,主要原因在于材料外延技术的限制导致高质量的AlGaN薄膜难以制备;以高活化能的Mg作为掺杂剂导致p型掺杂的空穴激活困难;迁移率较高的电子容易溢出有源区导致严重的电子泄露;异质结之间的极化效应导致载流子的聚集等,限制的高性能AlGaN基深紫外半导体激光器的发展。本论文以提高深紫外半导体激光器的性能作为出发点,着眼于降低器件中异质结之间的极化效应与有源区的电子泄露同时提高器件的辐射复合速率,从而提高器件整体性能。主要思路与创新如下:1.通过减小有源区与电子势垒层之间的极化效应,以提高电子势垒层抑制电子泄露的能力。采用p型嵌入层优化有源区与电子势垒层之间由于极化效应产生的能带弯曲,提高了电子势垒层的有效势垒高度,对于电子泄露的能力得到显著加强,使得器件的斜率效率,辐射复合速率都得到明显提高。2.在内嵌p型的基础上,首次采用AlN作为电子势垒层材料,研究了AlN材料电子势垒层的宽度对激光器性能的影响。发现内嵌p-AlGaN材料的AlN电子势垒层其电子泄露的抑制能力与辐射复合速率都得到明显提高。3.为提高有源区内载流子的辐射复合速率,提出锥形量子势垒结构以优化电子与空穴的波函数。通过仿真计算发现,该结构器件其辐射复合速率得到明显提高,器件性能得到优化。4.提出BGaN作为有源区半导体材料,采用B0.42Ga0.58N/B0.47Ga0.53N的新型量子阱材料结构。通过对该材料基础结构的仿真计算,发现BGaN材料的半导体激光器其辐射复合速率大约为AlGaN材料的半导体激光器的2倍以上。其余输出特性也有明显的提高。