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。     

组份变化的InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱结构对其X射线衍射及发光性质的影响

通过二元系和三元系结构参数计算四元系量子阱结构的晶格常数、禁带宽度等,设计了InGaAsSb/AlGaAsSb结构的MBE生长参数及工艺,利用X射线双晶衍射和PL谱研究了InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱结构特性和光学特性。X射线双晶衍射谱中出现了8条卫星峰,表明制备的InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱结构具有良好的结晶质量。利用光致发光光谱方法对制备的样品的光学性质进行了表征,结果表明,不同组份的InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱的发光峰波长随组份的变化在1.6~2.28 μm范围内可调,样品PL谱的半峰宽最窄可达22 meV。     

2.0 μm 波段Sb基多量子阱材料的制备

采用分子束外延外延生长技术,优化InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱点材料的生长速率、生长温度和束流比等生长参数,获得了高质量的多量子阱材料。室温光荧光谱表明,材料的发光波长为2.0 m左右。该结果表明,通过优化生长条件和结构参数制备的量子阱材料,可以获得良好的结构质量和光学特性。所制备的器件室温条件下输出功率22 mW,阈值电流300 mA。     

长波长大应变InGaAs/InGaAsP分布反馈激光器的材料生长与器件制备

采用低压金属有机化合物气相沉积法(LP-MOCVD)生长并制作了1.6—1.7μm大应变InGaAs/InGaAsP分布反馈激光器.采用应变缓冲层技术，得到质量良好的大应变InGaAs/InP体材料.器件采用了4个大应变的量子阱，加入了载流子阻挡层改善器件的温度特性.1.66μm和1.74μm未镀膜的3μm脊型波导器件阈值电流低(小于15mA)，输出功率高(100mA时大于14mW).从10—40℃，1.74μm激光器的特征温度T₀=57K，和1.55μm InGaAsP分布反馈激光器的特征温度相当. 关键词： MOCVD InGaAs/InGaAsP 应变量子阱 分布反馈激光器     

2μm InGaAsSb/AlGaAsSb双波导半导体激光器的结构设计

为了提高2μm InGaAsSb/AlGaAsSb半导体激光器的最大输出功率,减小远场垂直发散角并实现单模稳定输出,在非对称波导结构的基础上设计了具有双波导结构的2μm InGaAsSb/AlGaAsSb半导体激光器.同时,利用相关的物理模型及SimLastip程序语言构建了InGaAsSb/AlGaAsSb Macro文件,利用SimLastip软件对具有不同结构的2μm InGaAsSb/AlGaAsSb半导体激光器进行了数值模拟分析.研究结果表明,双波导结构可以将半导体激光器的有源区限制因子由0.019 2减小至0.011 3,器件的最大输出功率提高了1.7倍,远场垂直发散角由57°减小到48°,器件性能得到了改善.     

LP—MOCVD研制InGaAs/InP应变量子阱LD

本文指出在LP-MOCVD生长过程中,采用量子阱有源区和上限制层不同的生长温度以及生长非掺杂过渡层等技术能有效地控制InGaAs/InP量子阱激光器的p-n结结位,给出了采用DEZn和H₂S做掺杂源在InP材料中p型和n型杂质溶度和p-n结控制的条件,并研制出有源区阱层InGaAs与InP存在0.5%压缩应变量子阱激光器,这一结构LD实现室温脉冲激射,得到峰值功率为106mW以上,阈值电流密度为2.6kA/cm².     

采用MBE生长1.6～2.3μm InGaAsSb/AIGaAsSb多量子阱

采用分子束外延生长了不同In组分的InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱材料.X射线衍射发现量子阱材料有多级衍射卫星峰出现,表明量子阱的界面均匀性和质量较好.研究了不同In组分与光致发光波长的关系,光荧光谱测试表明.所制备的不同In组分的InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱材料,在室温下的发光波长可以覆盖1....     

808nm无铝大功率量子阱激光器

报导了用低压(LP)-MOCVD方法研制出808nm无铝InGaAsP/InGaP/GaAs单量子阱分别限制异质结构大功率激光器(SCHSQW),器件外微分量子效率为65%,阈值电流密度400A/cm2,特征温度120℃,对于100μm条宽、1000μm腔长宽接触激光器,室温连续输出光功率达1瓦以上,并讨论了无铝大功率激光器的阈值、光谱等特性.     

采用AlSb缓冲层生长2.3μm InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱结构

针对常见的GaSb衬底的InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱结构进行了设计和外延生长。样品通过X-射线测试,有多级衍射卫星峰出现,表明量子阱结构的均匀性和界面质量较好,引入AlSb缓冲层可以降低衬底与外延层之间的界面自由能,使AlSb起到了一个滤板的作用,抑制了位错的扩散。光荧光谱测试表明,室温下量子阱结构中心发光波长在2.3μm附近。     

InGaAsSb/AlGaAsSb长波长多量子阱激光器有源区的优化设计

系统地研究了波长为2.7μm的InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱激光器中有源区的优化设计.分别用含应变势的6带KP模型和抛物带模型计算价带和导带的能带结构，并得到薛定谔方程和泊松方程的自洽解，由此计算量子阱在载流子注入时的增益谱.研究表明制约量子阱增益的主要因素不是跃迁矩阵元，而是粒子数反转程度，尤其是空穴填充HH1子带的概率.增加压应变或减小阱宽都会提高量子阱增益.前者降低了价带HH1子带空穴的平面内有效质量；后者拉大了价带子带间距，尽管它同时略微增加了空穴有效质量.这两种因素都导致价带顶空穴态     

941nm2%占空比大功率半导体激光器线阵列

计算了半导体激光器的激射波长与量子阱宽度以及有源层中In组分的关系,确定了941nm波长的量子阱宽度和In组分.并利用金属有机化合物气相淀积(MOCVD)技术生长了InGaAs/GaAs/AlGaAs分别限制应变单量子阱激光器材料.利用该材料制成半导体激光器线阵列的峰值波长为940.5 nm,光谱的FWHM为2.6 nm,在400 μs,50 Hz的输入电流下,输出峰值功率达到114.7 W(165 A),斜率效率高达0.81 W/A,阈值电流密度为103.7 A/cm2;串联电阻5 mΩ,最高转换效率可达36.9%.     

位移辐射效应对量子阱激光器性能的影响

使用加速器对量子阱半导体激光器进行了总通量1×10¹⁶cm^-2的电子辐照实验.辐射实验结果表明,在辐射环境下激光器的输出功率下降、阈值电流增加.从理论上分析了位移效应对量子阱激光器的影响,并推导了电子通量与相对阈值电流变化、相对输出功率变化的函数关系式.该公式的计算结果与实验测试结果符合很好,有效地反映了电子辐照环境下激光器的性能变化趋势.该公式可用于预测激光器在辐射环境下的性能变化,有着较大实际应用价值.     

InGaAsP分别限制量子阱激光器

长波长InGaAsP量子阱激光器,以其低阈值、窄光谱线宽和高的调制频带宽等优良特性而成为大容量通信的基础。为此,我们利用低压MOVCD技术生长了1.62μm和1.3μm的InGaAsP材料,测得其77K光荧光(PL)谱线半峰高宽分别为18.7meV和28meV.利用X射线双晶衍射测得两种材料的晶格失配度不大于1×10^-3.并生长了四个不同阱宽的InGaAsP/InP量子阱结构,测得77K温度下的PL谱,分析了阱宽对发光波长及半峰宽的影响,并提出在量子阱激光器中减小界面层影响的方法。在此基础上,生长了分别限制量子阱激光器结构,并利用质子轰击制备出条形结构激光器,测得其最低阈值电流为100mA.直流工作光谱峰值波长为1.52μm左右,单面输出外微分量子效率约为36%.     

高功率AlGaAs/GaAs单量子阱远结激光器及其老化特性

为了提高器件的可靠性和使用寿命,设计并研制了一种将p-n结和有源层分开的高功率AlGaAs／GaAs单量子阱远异质结(SQW-RJH)激光器,发射波长为808nm,腔长900μm,条宽100μm,其外延结构与通常的808nm AlGaAs／GaAs单量子阱半导体激光器的结构不同,在p-n结和有源区间多了一层p型AlGaAs层,其厚度约为0．1μm。为减小衬底表面位错对外延层质量的影响,在n^ -GaAs衬底和n-Al0．5Ga0．5As下包层间加一层n^ -GaAs缓冲层。对器件进行了电导数测试及恒流电老化实验。与常规AlGaAs／GaAs大功率半导体激光器相比,远结大功率半导体激光器具有阈值电流Ith偏大、导通电压Vth偏高的直流特性。3000h的恒流电老化结果表明,器件在老化初期表现出阈值电流随老化时间缓慢下降,输出功率随老化时间缓慢上升的远结特性。     

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.     

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.     

LP-MOVPE生长的低阈值1.3μm InGaAsP/InP压、张应变交替MQW激光器特性

本文国内首次报道了LP－MOVPE法生长高质量的压、张应变交替InGaAsP多量子阱结构的研制过程及其材料的高精度X－ray双晶摇摆衍射曲线和荧光光谱特性表征.在此材料基础之上制作的宽接触激光器阈值电流密度小于300A/cm²(腔长800μm),平面掩埋条形结构激光器平面掩埋异质结(PBH)条形结构多量子阱激光器阈值电流13～15mA.经过双腔面镀增透射膜后,其TE模与TM模自发发射谱光强差为3dBm,呈现偏振补偿特性.     

InGaAsSb／AIGaAsSb长波长多量子阱激光器有源区的优化设计

系统地研究了波长为2．7μm的InGaAsSb／AlGaAsSb多量子阱激光器中有源区的优化设计，分别用含应变势的6带KP模型和抛物带模型计算价带和导带的能带结构，并得到薛定谔方程和泊松方程的自洽解，由此计算量子阱在载流子注入时的增益谱，研究表明制约量子阱增益的主要因素不是跃迁矩阵元，而是粒子数反转程度，尤其是空穴填充HHl子带的概率，增加压应变或减小阱宽都会提高量子阱增益，前者降低了价带HHl子带空穴的平面内有效质量；后者拉大了价带子带间距，尽管它同时略微增加了空穴有效质量，这两种因素都导致价带顶空穴态密度的降低，提高了空穴在HHl子带的填充概率，最终提高了量子阱的增益，所得结论与已有的实验报道相符。     

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.     

940 nm垂直腔面发射激光器单管器件的设计与制备

计算了InGaAs/AlGaAs量子阱的激射波长与阱垒厚度的关系,并通过Rsoft软件计算了不同温度下的材料增益特性.计算并分析了渐变层厚度对分布布拉格反射镜(distributed Bragg reflectors,DBRs)势垒尖峰及反射谱的影响,通过传输矩阵理论得到P-DBR和N-DBR的反射谱和相位谱.模拟了垂直腔面发射激光器(vertical surface emitting lasers,VCSEL)结构整体的光场分布,驻波波峰与量子阱位置符合,基于有限元分析模拟了氧化层对电流限制的影响.通过计算光子晶体垂直腔面发射激光器(photonic crystal vertical cavity surface emitting lasers,PC-VCSEL)中不同的模式分布及其品质因子Q,证明该结构可以有效地实现基横模输出.通过光刻、刻蚀、沉积、剥离等半导体工艺成功制备出氧化孔径为22μm的VCSEL和PC-VCSEL,VCSEL的阈值电流为5.2 mA,斜率效率0.67 mW/mA,在不同电流光谱测试中均是明显的多横模输出;PC-VCSEL的阈值电流为6.5 mA,基横模输出...