Mit der 3D-Simulationssoftware PICS wurde eine aktive Zone mit resonant periodischem Gewinn (Resonant periodic gain, RPG) entworfen, die eine Sperrschicht aus Al_xGa_1-xAs mit unterschiedlichem Al-Gehalt enthält. Die optoelektronischen Eigenschaften eines 940 nm Vertikalhohlraum-oberflächenemittierenden Lasers (Vertical cavity surface emitting laser, VCSEL) wurden untersucht, um eine hohe Ausgangsleistung und einen hohen Energieumwandlungswirkungsgrad zu erreichen. Simulationsergebnisse zeigen, dass bei einem Al-Anteil von 0,1 in der Sperrschicht die Spitzen-Ausgangsleistung des RPG VCSEL 24,32 mW erreicht und der Spitzen-Wirkungsgrad 51,7 % beträgt. Durch die Analyse der Bandstruktur der Sperrschicht wurden die Transporteigenschaften der Ladungsträger in der aktiven RPG VCSEL-Zone untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anpassung des Al-Anteils die Bandstruktur steuern und die Strahlungsrekombinationswahrscheinlichkeit beeinflussen kann. Dies reduziert effektiv die Ansammlung von Elektronen und Löchern in der Sperrschicht und verringert so die nichtstrahlende Rekombination. Die Studie bietet theoretische Leitlinien und Datengrundlagen für die Materialauswahl der Sperrschicht in der RPG-Aktivzone mit spannungskompensierten Quantenmulden.

Vertikalhohlraum-oberflächenemittierender Laser; hohe Ausgangsleistung; resonant periodische Gewinn-Aktivzone; Al_xGa_1-xAs-Sperrschicht