位移效应对量子点激光器的性能影响

从理论上分析了位移效应对量子点激光器的影响, 并推导了量子点激光器阈值电流相对变化、输出功率相对变化的位移损伤公式. 对量子点激光器进行了中子辐照实验, 观察到了阈值电流的增加. 结合实验结果确定了量子点载流子非辐射复合速率的损伤因子的表达式, 公式计算结果与实验结果符合较好, 证明了模型的正确性. 得到的公式可用于预测量子点激光器在辐射环境下的性能变化, 有着较大实际应用价值. 关键词： 量子点激光器 位移损伤 缺陷     

InGaN/GaN量子阱垒层和阱层厚度对GaN基激光器性能的影响及机理

采用LASTIP软件研究了InGaN/GaN(In组分为15%)量子阱垒层和阱层厚度对GaN基蓝紫光激光器性能的影响及机理. 模拟计算结果表明, 当阱层太薄或太厚时, GaN基激光器的阈值电流增加、输出功率下降, 最优的阱层厚度为4.0 nm左右; 当阱层厚度太薄时, 载流子很容易泄漏, 而当阱层厚度太厚时, 极化效应导致发光效率降低, 研究还发现, 与垒层厚度为7 nm 相比, 垒层厚度为15 nm时激光器的阈值电流更低、输出功率更高, 因此适当地增加垒层厚度能显著抑制载流子泄漏, 从而改善激光器性能.     

具有电子阻挡层的2 μm InGaAsSb/AIGaAsSb量子阱激光器

为了降低2 μm InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器的阈值电流并获得良好的温度特性,在p型波导层及限制层之间引入AlGaAsSb电子阻挡层.采用理论计算方法模拟了电子阻挡层对InGaAsSb/AlGaAsSb LD输出特性的影响.研究结果表明:电子阻挡层结构可有效减少2μm InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器的Auger复合,抑制量子阱中导带电子向p型限制层的溢出,降低器件的阈值电流,同时改善了温度敏感特性.     

近800 nm波长张应变GaAsP/AlGaAs量子阱激光器有源区的设计

张应变GaAs_1-xP_x量子阱是高性能大功率半导体激光器的核心有源区,基于能带结构分析优化其结构参数具有重要的应用指导意义.首先,基于6×6 Luttinger-Kohn模型,采用有限差分法计算了张应变GaAs_1-xP_x量子阱的能带结构,得到了第一子带间跃迁波长固定为近800 nm时的阱宽-阱组分关系,即随着阱组分x的增加,需同时增大阱宽,且阱宽较大时靠近价带顶的是轻空穴第一子带lh₁,阱宽较小时靠近价带顶的是重空穴第一子带hh₁.计算并分析了导带第一子带c₁到价带子带lh₁和hh₁的跃迁动量矩阵元.针对808 nm量子阱激光器,模拟计算了阈值增益与阱宽的关系,得到大阱宽有利于横磁模激射,小阱宽有利于横电模激射.进一步考虑了自发辐射和俄歇复合之后,模拟计算了808 nm量子阱激光器的阱宽与阈值电流密度的关系,阱宽较大时载流子对高能级子带的填充使得阈值电流密度增加,而阱宽较小时则是低的有源区光限制因子导致阈值电流密度升高,因此存在一最佳的阱宽-阱组分组合,可使阈值电流密度达到最小.本文的模拟结果可对张应变GaAs_1-xP_x量子阱激光器的理论分析和结构设计提供理论指导.     

975 nm量子阱激光二极管的质子位移损伤

针对典型卫星轨道辐射环境下激光二极管(LD)的可靠性评估问题，对自研的975 nm GaAs基量子阱(QW)LD开展了10 MeV质子、3×10⁸～3×10¹¹ cm^-2注量的地面模拟辐照实验。结合蒙特卡罗软件仿真模拟和数学分析方法，全面研究了器件位移损伤退化规律，以及不同注量、不同辐照缺陷对器件功率特性、电压特性和波长特性等关键参数的影响。结果显示，质子辐照会引入非辐射复合中心等缺陷并破坏界面结构，导致载流子浓度降低、光电限制能力下降，宏观上体现为器件阈值电流增加、输出功率下降、波长红移和单色性受损。同时，3×10¹⁰ cm^-2以上注量的10 MeV质子等效位移损伤剂量辐照会对975 nm QW LD性能产生较大影响。     

具有电子阻挡层的2μm InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器

为了降低2μm InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器的阈值电流并获得良好的温度特性,在p型波导层及限制层之间引入AlGaAsSb电子阻挡层。采用理论计算方法模拟了电子阻挡层对InGaAsSb/AlGaAsSb LD输出特性的影响。研究结果表明:电子阻挡层结构可有效减少2μm InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器的Auger复合,抑制量子阱中导带电子向p型限制层的溢出,降低器件的阈值电流,同时改善了温度敏感特性。     

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3 μm垂直腔面发射激光器（VCSEL）,阈值电流为051 mA,最高连续工作温度达到82℃,斜率效率为029 W/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3 μm VCSEL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. 关键词： 垂直腔面发射激光器 晶片直接键合 应变补偿多量子阱     

太赫兹量子级联激光器中有源区上激发态电子向高能级泄漏的研究

利用热力学统计理论和激光器输出特性理论,建立了太赫兹量子级联激光器(THz QCL)有源区中上激发态电子往更高能级电子态泄漏的计算模型,以输出功率度量电子泄漏程度研究分析了晶格温度和量子阱势垒高度对电子泄漏的影响.数值仿真结果表明,晶格温度上升会加剧电子泄漏,并且电子从上激发态泄漏到束缚态的数量大于泄漏到阱外连续态,同时温度的上升也会降低激光输出功率.增加量子阱势垒高度能抑制电子泄漏,并且有源区量子阱结构中存在一个最优量子阱势垒高度. THz QCL经过最优量子阱势垒高度优化后,工作温度得到提升,其输出功率相比于以往的结果也有所提高.研究结果对优化THz QCL有源区结构、抑制电子泄漏和改善激光器输出特性有指导作用.     

量子阱半导体激光器阈值的理论分析

分析了单量子阱(SQW)、多量子阱(MQW)和分别限制异质结构量子阱(SCH-SQW)半导体激光器的阈值.求出了表示光增益随注入载流子密度变化的方程.利用这个结果,得到了上述三种量子阱半导体激光器的阈值电流密度的表达式.     

用于空间激光通信的InGaAsP激光二极管辐射损伤研究（英文）

对1.55μm波长DFB结构的In Ga As P多量子阱激光二极管开展电子和60Co-γ射线辐照试验。试验结果表明,激光二极管的斜度效率主要受带电粒子沉积的电离总剂量影响,而阈值电流和光功率主要受位移损伤剂量的影响。利用位移损伤剂量方法评价激光二极管的辐射损伤特征,并且预测其在空间辐射环境中的光功率衰退情况。模拟计算结果表明,MEO轨道辐射环境对激光二极管光功率辐射损伤远大于GEO轨道的影响,这主要是由于MEO轨道辐射环境的高能电子通量密度远大于GEO轨道的通量密度。