调制掺杂压缩应变多量子阱激光器的增益特性和线宽增强因子的理论研究

本文首先从理论上分析并计算了压缩应变多量子阱激光器的增益特性，并且讨论了在多量子阱垒区进行ｐ型强调制掺杂的情况下，价带空穴的准费米能级的移动以及微分增益谱的变化。然后，计算了线宽增强因子（α）与应变大小和掺杂浓度以及注入载流子浓度之间的关系，结果发现压缩应变和增大载流子注入虽然能够减小α因子，但很难使它的零点波长对应于增益区，而利用调制掺杂技术能有效地使α因子的零点对应于增益区。在增大压缩应变和载流子注入浓度的情况下可以明显减小为使α因子变为零所需要的调制掺杂浓度。

In_xGa_(1-x)As/InP应变多量子阱P-i-N结构的GSMBE生长及X射线双晶衍射研究

在国产CBE设备上，用GSMBE技术在国内首次生长出了一系列高质量的阱层具有不同In组分的InxGa1-xAs／InP应变多星子阶P-i-N结构材料，阶层中的设计In组分从0．39变化到0．68．用X射线双晶衍射对该组样品进行了测试分析，并用X射线衍射的运动学模型对衍射图样进行了计算机模拟，确定出了该组样品阶层中的In组分、阶宽及垒宽．结果表明，每个样品的DCXRD衍射图样上均至少可以看到14个锐而强的卫星峰，且模拟曲线与测得的衍射曲线符合得相当好，说明材料结构完整、具有较高的质量；样品的设计参数与计算机模拟得到的参数基本一致，说明生长过程可以很好的控制．

In_（0．2）Ga_（0．8）As／GaAs应变多量子阱结构的光调制反射和热调制反射谱的研究

对Ｉｎ（０．２）Ｇａ（０．８）Ａｓ／ＧａＡｓ应变多量子阱在７７Ｋ下的光调制反射谱（ＰＲ）和热调制反射谱（ＴＲ）进行了实验研究．对ＰＲ结果的线形拟合指认了应变多量子阱中子能级的跃迁，并与理论计算结果作了比较．实验对比确认ＰＲ中１１Ｈ、１３Ｈ等跃迁结构为非耦合态、具有电场调制机构的一阶微商性质．而１１Ｌ、３１Ｈ、２２Ｈ等跃迁结构为阶间耦合态，对这些隧穿耦合的低场调制产生三阶微商特性．

高功率1.31μm AlGaInAs应变多量子阱DFB激光器

采用金属有机化学汽相淀积工艺和脊型波导结构，同１．３１μｍＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰ应变多量子阱分布反馈激光器高功率输出。在２５℃时，管芯最大输出功率超过５０ｍＷ，阈值电流范围在１３－２０ｍＡ之间，发光面斜效率高于０．４５ｍＷ／ｍＡ，边模抑制比超过３５ｄＢ，室温中值寿命大于３＊１０＾５小时。

应变多量子阱中内建电场的温度响应

目的研究应变多量子阱中内建电场对温度的响应,探索其温度传感特件.方法针对沿任意方向生长的应变多量子阱材料,讨论应变随着温度的变化关系,进一步讨论内建电场随着温度的变化规律.结果与结论针对ZnSe/GaAs材料组合的应变多量子阱利料,给出了内建电场随温度的变化曲线图.在定范围内,内建电场随着温度呈近似线性关系.

1.3μm InGaAsP/InP应变多量子阱部分增益耦合DFB激光器

本文在国内首次报道了采用直接刻蚀有源区技术在应变多量子阱有源区结构基础上制作了１．３μｍＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ部分增益耦合ＤＦＢ激光器，器件采用全ＭＯＶＰＥ生长，阈值电流１０ｍＡ，边模抑制比（ＳＭＳＲ）大于３５ｄＢ。

低压-MOCVD方法制备CdS-ZnS应变多量子阱

本文报道了用低压（ＬＰ）－ＭＯＣＶＤ方法制备ＣｄＳ－ＺｎＳ应变多量子阱结构．通过Ｘ－射线衍射谱证实了所制备的样品具有比较好的多层结构，并通过７７Ｋ下的光致发光（ＰＬ）光谱。

应变多量子阱激光器的结构稳定性

通过计算应变多量子阱中的净应力和应变弛豫，讨论了激光器结构中应变多量子阱的稳定性。净应力是失配位错增殖的驱动力，是应变多量子阱稳定的重要判据。因此，用单结点模型计算了应变多量子阱结构中的净应力。计算结果表明，净应力的最大值在应变多量子阱结构中的位置与阱层和垒层的厚度以及阱层的失配有关，非应变垒层和盖层能在一定程度上稀释净应力。在此基础上，利用动力学模型计算了应变多量子阱的应变弛豫。

GaInP/AlGaInP应变多量子阱激光器垂直于结方向上的光束质量研究

用转移矩阵方法对 680nmGaInP/AlGaInP应变多量子阱激光器的波导模式作了分析和计算。根据非傍轴光束传输的矢量矩理论 ,对该激光器垂直于结平面方向上的光束质量因子M2 ⊥ 进行了理论计算 ,结果表明M2 ⊥ 小于 1,和实验结果相符合。

刻蚀改变InGaN/AlGaN应变多量子阱发光特性

为了分析干法刻蚀对应变多量子阱(SMQWs)发光特性的影响,采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术对金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长的InGaN/AIGaN应变多量子阱覆盖层表面刻蚀了约95 nm。通过光致发光(PL)特性表征发现,干法刻蚀后量子阱光致发光强度较未刻蚀量子阱光致发光强度提高了近3倍。干法刻蚀后,量子阱表面呈现高低起伏状形貌,粗糙度提高,出射光在起伏状粗糙形貌表面反复散射,从而逃逸概率增大,有助于光致发光强度增强。理论计算结果得出表面形貌变化引起的量子阱光致发光强度增强因子约为1．3倍。另外,由于所采用的感应耦合等离子体功率较小,刻蚀损伤深度几乎不会达到量子阱阱层,然而干法刻蚀过程中Ar离子隧穿到量子阱阱层内部可能形成新的发光中心,从而使量子阱的发光强度得到提高。

用MOCVD方法生长940 nm应变多量子阱发光二极管

采用金属有机物化学气相淀积 (MOCVD)方法设计并生长了应变多量子阱 In Ga As/Al Ga As,并且对其进行了光致发光 (PL)谱、双晶 X射线衍射 (DXRD)谱和电化学 C- V等的测试。然后以 In Ga As/Al-Ga As作为有源层 ,以 Ga As衬底作为透明衬底 ,p面金属电极 Au Be合金作为镜面反射层 ,采用倒装技术制备了近红外发光二极管 (L ED)。在输入电流为 2 0 m A下的正向电压为 1.2 V左右 ,电致发光谱的峰值波长为 938nm,10 μA下的反向击穿电压为 5～ 6 V,在输入电流为 5 0 m A下得到输出功率 3.5m W,对应电压为 1.3V,在输入电流为 30 0 m A时得到最大输出功率为 12 m W。

兼顾增益和折射率变化的低偏振混合应变多量子阱结构研究

对比分析了单量子阱TE模和TM模增益谱及其折射率变化谱随应变、阱宽的变化规律,同时分析了应变和阱宽对兼顾增益和折射率变化的影响。进一步考虑波导的光学限制因子及多量子阱阱间载流子浓度分布的不均匀性,提出一种多参数调配方法,据此设计出C波段内兼顾增益谱和折射率变化谱的低偏振混合应变多量子阱结构。最后,通过分析选定合适的载流子浓度。当载流子浓度为3.22×1024m-3时,TE模和TM模3 dB谱宽交叠区面积分别为84.81 nm/cm和74.50 nm/cm,增益偏振相关性和折射率偏振相关性分别保持在4%和6%以内。该研究结果有助于未来全光网络中相关器件的优化设计。

全固源分子束外延1.55μm波段应变补偿InAsP/InGaP多量子阱材料

利用新型全固源分子束外延技术 ,对 1.5 5 μm波段应变补偿InAsP/InGaP多量子阱材料的生长进行了研究。在InAsP阱和InGaP垒之间插入InP中间层以减小阱和垒之间较大的剪切力。通过对生长材料的X射线衍射摇摆曲线和室温光致荧光光谱的比较 ,优化生长参数 ,获得了高质量的InAsP/InP/InGaP/InP应变补偿多量子阱结构 ,阱、垒、中间层的厚度分别为 7.1,6.0 ,1.9nm的 7个周期的应变补偿多量子阱材料室温光荧光谱半高全宽为 18.2meV ,是当前文献报道的 1.5 5 μm波段的InAsP多量子阱材料的最好结果之一。

1.3μm应变补偿多量子阱SLD台面制作工艺的研究

台面制作工艺对1.3μm应变补偿多量子阱SLD的器件性能有重要的影响。根据外延结构,分析比较了两种台面制作的方法,即选择性湿法腐蚀法和ICP刻蚀+湿法腐蚀法。InGaAs层ICP刻蚀避免了湿法腐蚀中的侧向钻蚀现象,Cl2含量为30%时速率可达到420nm/min;湿法腐蚀可有效减小ICP刻蚀引入的晶格损伤。SEM图像表明,ICP刻蚀+湿法腐蚀的台面制作方法,得到的腐蚀台面陡直,波导宽度与设计值更接近,优于选择性湿法腐蚀方法,更适合SLD台面制作。

全固源分子束外延InAsP/InGaAsP多量子阱1.55μm激光器

利用新型全固源分子束外延技术 ,对 1 .5 5 μm波段的 In As P/ In Ga As P应变多量子阱结构的生长进行了研究。实验表明 ,较低的生长温度或较大的 / 束流比有利于提高应变多量子阱材料的结构质量 ,而生长温度对材料的光学特性有较大的影响。在此基础上生长了分别限制多量子阱激光器结构 ,制作的氧化物条形宽接触激光器实现了室温脉冲工作 ,激射波长为 1 5 63 nm,阈值电流密度为 1 .4k A/ cm2 。这是国际上首次基于全固源分子束外延的 1 .5 5 μm波段 In As P/ In Ga As

1310nm大功率高偏振度量子阱超辐射发光二极管

设计并制备了一种斜条脊波导结构压应变高偏振度多量子阱超辐射发光二极管。设计的脊波导出光面TiO_(2)/SiO_(2)四层宽带增透膜的TE模式反射率约为10-6,分析了脊波导角度偏差和膜层厚度偏差对增透膜反射率的影响。实验结果表明,在250mA直流电流驱动下,所设计的超辐射发光二极管芯片单管输出功率可达22.7mW,出射光谱FWHM约为37.3nm,光谱纹波系数低于0.15dB,TE模式输出光强占主导,偏振度约为19.2dB。

基于InAsP/InGaAsP量子阱的1.3μm垂直腔面发射激光器

以InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱为有源增益区,研制出室温连续工作的单模1.3μm垂直腔面发射激光器(VCSEL)。激光器谐振腔镜分别由SiO2/TiO2介质薄膜和GaAs/Al(Ga)As半导体分布布拉格反射镜(DBR)实现,由晶片直接键合方法进行InP基有源谐振腔与GaAs基DBR材料的融合,经过选择性侧向腐蚀p+-InP/n+-InAlAs隧道结定义电流限制孔径等器件工艺,最后通过电子束蒸发沉积介质薄膜DBR制作出激光器件。单模VCSEL器件的室温阈值电流为0.75mA,最高连续工作温度达到100℃;多模器件的最高光功率为1.9mW。器件结果表明,InAsP/InGaAsP量子阱材料体系可用于高性能长波长VCSEL的研制。

干法刻蚀影响应变量子阱发光的机理研究

采用感应耦合等离子体刻蚀技术对InAsP/InP应变多量子阱和InAsP/InGaAsP应变单量子阱材料的覆盖层进行了不同厚度的干法刻蚀.实验结果表明,干法刻蚀后量子阱光致荧光强度得到了不同程度的增强.干法刻蚀过程不仅增加了材料表面粗糙度,同时使其内部微结构发生变化.采用湿法腐蚀方法去除表面变粗糙对量子阱发光特性的影响,得到干法刻蚀覆盖层20nm后应变单量子阱微结构变化和其表面粗糙度变化两个因素分别使荧光强度提高1.8倍和1.2倍的结果.

应变补偿多量子阱结构半导体可饱和吸收镜

应用于掺镱(Yb)光纤激光器的半导体可饱和吸收镜(SESAM)需要具有较高的调制深度,即将较厚的砷化铟镓(InGaAs)材料作为吸收层。然而,InGaAs材料与砷化镓(GaAs)衬底之间的大失配,导致过厚的InGaAs材料质量极易恶化,影响锁模效果。因此,优化的外延结构设计和高质量的外延材料成为研制高性能SESAM的关键。本文设计了吸收层InGaAs材料总厚度分别为150 nm和300 nm的两种应变补偿多量子阱(MQW)结构的SESAM,利用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)方法进行外延材料生长,采用光致发光光谱仪、高分辨X射线衍射仪和分光光度计对外延材料特性进行表征,优化外延材料生长参数。将研制的两种SESAM应用到线型腔掺Yb光纤激光器中,实现稳定锁模的泵浦功率分别为130 mW和120 mW,输出激光脉宽分别为18.3 ps和9.6 ps。实验结果表明,吸收层InGaAs材料厚度为300 nm的SESAM更容易实现稳定锁模并获得脉宽较窄的激光脉冲输出。

离子刻蚀Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的损伤机理

采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术对InGaN/AlGaN、InAsP/InP应变多量子阱和InAsP/InGaAsP应变单量子阱进行了系统研究,光致发光特性分析表明轻度离子刻蚀后量子阱发光强度得到显著增强,导致发光效率增强的物理机理是:干法刻蚀一方面使量子阱表面变粗糙,使出射光逃逸几率增大;另一方面Ar离子隧穿引起的量子阱内部微结构变化则是发光效率提高的主要原因。