单氧化限制垂直腔面发射激光器的阈值

使用有限差分和模式跟踪方法对垂直腔面发射激光器(VCSELs)中光、电、热场耦合方程自洽数值求解,设计了其低阈值结构.给出了限制电流孔径分别为1μm、2μm3、μm和6μm的阈值电流密度、载流子密度、基模光场和热场的空间分布,得到了单氧化限制VCSELs中注入阈值电流随限制孔径变化曲线.结果表明,在2～6μm范围内与实验结果达到一致,并且单氧化限制VCSELs中过大和过小的电流限制孔径都不利于降低激光器阈值,进而发现了最佳电流限制半径及最小阈值电流.

氧化限制型垂直腔面发射激光器串联电阻分析

含氧化限制孔的VCSEL具有低的阈值电流,但氧化孔的存在也会加大串联电阻.本文采用理论模型,详细计算了氧化限制型VCSEL的串联电阻.把串联电阻分解为垂直方向电阻和横向电阻,分析了串联电阻与氧化孔半径的关系,提出了降低VCSEL串联电阻的具体方法.

一种850nm氧化限制型垂直腔面发射激光器的设计

采用PICS3D软件建立了850nm氧化限制型垂直腔面发射激光器(VCSEL)的仿真模型,通过优化量子阱有源区的阱和垒的个数、合理选取分布式布拉格反射镜(DBR)的材料以及对数,设计了一种850nm氧化限制型VCSEL。在10μm氧化孔径下,与商用的850nm氧化限制型VCSEL相比,其阈值电流从1.8mA降至1.5mA,斜率效率从0.3W/A提升到0.65W/A。

自绝缘氧化限制型850nm垂直腔面发射激光器

介绍了一种制作氧化限制型垂直腔面发射激光器的新途径,自绝缘工艺。采用该工艺制作了氧化限制型850nm VCSELs。详细地介绍了自绝缘器件的工作原理和制作流程,并对侧氧化相关参数进行了实验研究。在此基础上,制备了不同出光孔径的850nm VCSELs器件,测得出光孔径12μm的器件最大输出功率达到10mW,微分量子效率达到43%。对不同出光孔径的器件输出特性进行了对比,并分析了产生输出特性差异的原因。

高铝Al_xGa_(1-x)As氧化层对垂直腔面发射激光器的影响

针对可见光垂直腔面发射激光器的制备 ,通过湿氮氧化实验和测量微区光致发光谱分别研究了高铝组分Alx Ga1 - x As的氧化特性及氧化产物的收缩应力对有源区的影响 ,结合器件结构设计确定了氧化限制层 Alx Ga1 - x-As的铝组分和最佳位置 ,并制备出了低阈值电流的 Al Ga In

1550 nm毫瓦级单横模垂直腔面发射半导体激光器

报道了国内首次实现出光功率达到毫瓦量级的单横模1550 nm波段垂直腔面发射半导体激光器(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL).设计了基于InAlGaAs四元量子阱的应变发光区结构;设计并制备了具有隧穿特性的台面结构,实现了对载流子空穴的高效注入及横向模式调控;采用半导体分布式布拉格反射镜与介质反射镜结合的方式制备了1550 nm VCSEL的反射镜结构.VCSEL中心波长位于1547.6 nm,工作温度为15℃时最高出光功率可达到2.6 mW,最高单模出光功率达到0.97 mW,最大边模抑制比达到35 dB.随着工作温度增加,激光器最高出光功率由于发光区增益衰减而降低,然而35℃下最大出光功率仍然可以达到1.3 mW.激光器中心波长随工作电流漂移系数为0.13 nm/mA,并且激光波长在单模工作区呈现出非常一致的漂移速度,在气体探测领域具有很好的应用潜力.本研究为下一步通过高密度集成获得高功率1550 nm VCSEL列阵奠定了基础.

氧化光栅型垂直腔面发射激光器的研究

通过分析矩形出光孔径和亚波长金属光栅结构,发现大孔径高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的偏振控制的难点在于横模非常复杂。因此提出一种新型的氧化光栅型VCSEL结构,不仅能够很好地在有源区内引入各项异性的增益结构,并且最大的优势还在于能够完美地控制大孔径VCSEL的横模。通过有限元软件对器件有源区的电流分布进行了模拟,发现当光栅脊的宽度为1.8μm时,载流子在光栅两端聚集的现象基本上可以消除,而且其电流密度分布差可以达到很高。

垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的实验研究

为实现对垂直腔面发射半导体激光器氧化孔径的精确控制,提高其光电特性,对湿法氧化工艺进行了实验研究.在不同的氧化温度下,对相同结构的垂直腔面发射半导体激光器模拟片进行湿法氧化.采用X射线能谱分析仪,对氧化后模拟片的氧化层按不同的氧化深度对其氧化生成物进行检测.依据氧化生成物中氧元素组分浓度的变化,对氧化过程进行了分析与讨论,推导出在一定的温度下,氧化速率随时间变化的一般规律.提出了在垂直腔面发射半导体激光器的湿法氧化工艺过程中,适当降低氧化温度,延长氧化时间,可减小氧化限制孔径的控制误差,提高氧化工艺的准确性与稳定性.

808nm垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的研究

为提高808 nm垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的输出功率与电光转换效率,对其湿法氧化工艺进行了实验研究。采用扫描电镜(SEM)的微区分析功能,对样品氧化层按不同的氧化深度进行微区分析。微区分析结果表明:适当降低氧化温度,延长氧化时间,可减小氧化限制孔径的控制误差,提高氧化工艺的准确性;氧化后对样品进行高温加热处理,可减少氧化层中的As含量,改善氧化层的质量,提高氧化工艺的热稳定性。

基于AIAs氧化法研制的垂直腔面发射激光器

结合垂直腔面发射激光器的制备,研究了AIAs选择性氧化工艺中氧化炉温、氮气流量、水温等条件和AlAs层的横向氧化速率之间的关系,并得到了可精确控制氧化过程的工艺条件,在优化的工艺条件下运用湿氮氧化制备出InGaAs/GaAs垂直腔面发射激光器,实现了器件的室温脉冲激射。

垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的实验研究

在湿法氧化过程中采用一种自制的新型红外光源显微镜和CCD相机俯视成像系统监测被氧化晶圆片上氧化标记点颜色的变化,通过CCD相机得到的氧化标记点尺寸大小与实际氧化标记点尺寸大小的比例计算,由氧化标记点变化颜色的尺寸大小获得实际晶圆被氧化尺寸大小,反馈调节氧化工艺,保证控制垂直腔面发射激光器(VCSELs)的氧化孔径精度在±1μm。根据氧化实验总结高Al组分含量对氧化孔形状影响、氧化速率随温度变化及氧化深度随时间变化规律,得到在炉温420℃、水浴温度90℃、氧化载气N2流量200m L/min的工艺条件下,氧化速率为0. 31μm/min,实现量产高速调制4×25 Gbit/s的850 nm VCSELs。室温条件下,各子单元器件工作电压为2. 2 V,阈值电流为0. 8 m A,斜效率为0. 8 W/A。在6 m A工作电流下,光功率为4. 6 m W。

795nm单偏振稳定垂直腔面发射激光器的研究

基于非对称氧化技术,引入氧化孔径横向光场损耗各向异性,使得TE/TM偏振光功率差进一步增加,TM偏振得到有效抑制,从而实现795nm垂直腔面发射激光器单偏振稳定输出。实验结果显示:当氧化孔径为7μm×5.5μm时,不同温度下偏振抑制比均在10dB以上,最高达到16.56dB;当氧化孔径为20μm×18μm时,偏振抑制比也可以达到15.96dB。最终,得到偏振抑制比为16dB、水平发散角为8.349°、垂直发散角为9.340°的单偏振稳定输出795nm垂直腔面发射激光器(VCSEL),为实现单偏振高光束质量VCSEL激光光源提供了实验基础。

高功率980nm垂直外腔面发射激光器(VECSEL)的理论研究

利用周期谐振增益结构设计了以InGaAs/GaAsP/AlGaAs为有源区的980nm二极管泵浦垂直外腔面发射半导体激光器。根据理论模型计算了纵模限制因子、阈值增益、光增益、输出功率等特征参数,优化了激光器特征参数并设计了OPS VECSEL结构。理论计算表明,LD泵浦的垂直外腔面发射激光器的输出功率可大于1.0W。

垂直腔面发射激光器的氧化工艺研究

在垂直腔面发射激光器(VCSEL)中常用氧化物限制结构来对其进行电流和光场的限制。分别从氧化时间、氧化温度、氧化载气的气流量三方面讨论研究了它们对Al0.98 Ga0.02As层氧化深度、氧化速率的影响。最后得到最佳氧化条件:氧化温度为422 ℃,氧化载气的气体流量为1.5 L/min,氧化速率为0.6μm/min。用在此最佳氧化条件下氧化的外延片制成VCSEL器件,室温下其阈值电流大约为1.8 mA,最大输出功率为7.96 mW。

多横模垂直腔面发射激光器及其波长特性

基于氧化限制型内腔接触垂直腔面发射激光器(VCSEL)结构设计,研究了VCSEL的多横模分布及其模式波长分裂特性与氧化孔径尺寸、形状的关系.在实验基础上,通过建立有效折射率模型,并利用标量亥姆霍兹方程的迭代算法理论,分别对椭圆形氧化孔径和圆形氧化孔径VCSEL的横向模式特性进行模拟研究,计算得到不同形状孔径的多横模光场分布情况,同时测量得到高阶横模多频输出光谱.研究发现,椭圆氧化孔形状不仅影响横模分布特性,还会导致每个模式的波长产生分裂,分裂值可达0.037 nm.同时,随着氧化孔径的增大,波长分裂影响会逐渐减小,直至趋近于圆形氧化孔径的分布特性.研究结果为进一步实现氧化限制型VCSEL的多横模锁定提供了有益参考和借鉴.

垂直腔面发射激光器中的新结构研究

通过对垂直腔面发射激光器(VCSEL)台面结构的深入研究,提出了新型环形分布孔结构,并制作了这种新结构器件。测试结果表明这种新结构器件不仅表现了良好的工作特性,而且输出功率也提高到环形沟槽结构的1.34倍。

高功率In Ga As量子阱垂直腔面发射激光器的研制

采用AlAs氧化物限制工艺实验制备了衬底出光的高功率大出光窗口 (直径为 30 0 μm)InGaAs/GaAs量子阱垂直腔面发射半导体激光器 ,实现了器件室温准连续工作 (脉冲宽度为 5 0 μs ,重复频率为 10 0 0Hz) ,并对器件的伏安特性、光输出特性、发射光谱 ,以及器件的远场发射特性等进行了实验测试 器件阈值电流为 4 6 0mA ,器件的最大光输出功率为 10 0mW ,发射波长为 978.6nm ,光谱半功率全宽度为 1.0nm ,远场发散角小于 10° ,垂直方向的发散角θ⊥ 为 8° ,水平方向的发散角θ∥ 为 9° 。

选择氧化工艺在垂直腔面发射激光器中的应用

讨论和研究了氧化时间、氧化温度、氧化载气的气流量三方面对A l0.98Ga0.02As层氧化深度、氧化速率的影响。综合考虑各因素,得到最佳氧化条件:氧化温度为420℃,氧化载气的气体流量1.6L/m in,此时的氧化速率为0.58μm/m in。

垂直腔面发射激光器的原理与设计

阐述了垂直腔面发射激光器(VCSEL)的工作原理及器件的设计方案.并设计出激射波长为 980 nm,InGaAs/GaAs多量子阱作为发光材料,氧化物限制电流,衬底面出光的基横模低阈值的器件 结构.

垂直腔面发射激光器电、光特性分析

根据增益波导垂直腔面发射激光器 (VCSELs)直接耦合的准三维理论模型 ,通过有限差分法对泊松方程、注入电流密度、载流子浓度和光场分布方程求自洽解 ,研究了垂直腔面发射激光器的电特性和光波导特性 计算结果表明 ,氧化限制层位置是影响激光器特性的主要因素之一 ,如果忽略N型DBR层的影响 。