MOVPE生长1.3μm无致冷AlGaInAs/InP应变补偿量子阱激光器研究

通过低压金属有机化学气相外延 (LP MOVPE)工艺生长了AlGaInAs应变补偿量子阱材料 ,通过X射线双晶衍射、光荧光、二次离子质谱的测试分析得到了材料生长的优化工艺参数 ,降低了材料中的氧杂质含量 ,得到了高质量AlGaInAs应变补偿量子阱材料 ,室温光致发光半宽FWHM =2 6meV。采用此外延材料成功制作了 1 3μm无致冷AlGaInAs应变量子阱激光器 ,器件测试结果为 :激射波长 :12 90nm≤ λ≤ 1330nm ;阈值电流 :Ith(2 5℃ )≤15mA ;Ith(85℃ )≤ 2 5mA ;量子效率变化 :Δηex(2 5～ 85℃ )≤ 1 0dB。

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。

1060 nm锑化物应变补偿有源区激光二极管仿真及其性能研究

本文设计了GaAs基1060 nm高性能激光二极管的有源区结构,通过在有源区中引入锑化物的应变补偿结构GaAsP/InGaAs/GaAsSb/InGaAsSb/GaAsP,改变了有源区的能带结构,解决了禁带宽度对发光波长的限制,将弱Ⅱ型的量子阱能带结构变为Ⅰ型,增大了电子空穴的波函数重叠,提高了激光二极管跃迁概率和辐射复合概率及内量子效率,降低了非辐射复合,有效增强了器件输出功率和电光转换效率。同时,设计了非对称异质双窄波导结构,p侧采用导带差大、价带差小的AlGaAs作为内、外波导层,有利于价带空穴注入有源区且对导带中的电子形成良好的限制。n侧采用导带差小、价带差大的GaInAsP作为内、外波导层,有利于导带电子的注入且对价带中的空穴形成更高的势垒。电子注入势垒和空穴注入势垒分别由原先的218、172 meV降低到148、155 meV,提高了激光二极管的载流子注入效率;电子泄漏势垒和空穴泄漏势垒分别由252、287 meV上升到289、310 meV,增强了载流子限制能力。最后获得的激光二极管的输出功率和电光转换效率分别达到了6.27 W和85.39%,为制备高性能GaAs基1060 nm激光二极管提供了理论指导和数据支撑。

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。

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。

光抽运垂直外腔面发射半导体激光器的设计与数值模拟

采用多周期应变补偿InGaAs/GaAsP双量子阱结构的半导体器件作为增益介质,设计了光抽运面发射半导体激光器件结构和实验光路。在谐振腔中引入分束棱镜保证了VECSEL表面的抽运光斑为圆形光斑。计算模拟了输出功率与抽运光斑和输出镜反射率间关系曲线,优化设计了抽运功率为2W时输出镜反射率并给出了相应的输出功率与抽运功率间关系模拟曲线。

亚毫安阈值的1.3μm垂直腔面发射激光器

设计并研制了室温连续工作的单模1.3μm垂直腔面发射激光器(VCSEL),阈值电流为0.51mA,最高连续工作温度达到82℃,斜率效率为0.29W/A.采用InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱作为有源增益区,由晶片直接键合技术融合InP基谐振腔和GaAs基GaAs/Al(Ga)As分布布拉格下反射腔镜,并由电子束蒸发法沉积SiO2/TiO2介质薄膜上反射腔镜形成1.3μmVCSEL结构.讨论并分析了谐振腔模式与量子阱增益峰相对位置对器件性能的影响.