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     

透射式指数掺杂GaAs光电阴极最佳厚度研究

通过研究指数掺杂GaAs光电阴极中光电子扩散漂移长度与均匀掺杂GaAs光电阴极中光电子扩散长度的差异,确定透射式指数掺杂GaAs光电阴极的最佳厚度范围为16—22 μm.利用量子效率公式对透射式指数掺杂GaAs光电阴极最佳厚度进行了仿真分析,发现厚度为20 μm时阴极积分灵敏度最大.外延生长阴极厚度分别为16和20 μm的两种透射式指数掺杂GaAs样品并进行了激活实验,测得样品的积分灵敏度分别为1228和1547 μA/lm,两者的比值为796%. 实验结果与仿真结果符合. 关键词： GaAs光电阴极 透射式 指数掺杂 厚度     

InAs/GaAs量子点激光器的增益和线宽展宽因子

利用气源分子束外延技术生长InAs/GaAs量子点激光器材料,制作了由5层量子点组成的500 μm腔长的激光器.首次使用增益拟合和波长加权的方法计算了激光器的线宽展宽因子.其中,增益拟合是对Hakki-Paoli方法计算增益的重要补充,对判断不同电流下的增益是否饱和具有重要作用.对最大模式增益求导数,当电流为50 mA时,差分增益最大值为1.33 cm-1/mA,然后迅速减小到0.34 cm-1/mA,此时电流为57mA(≈0.99Ith).第一次使用加权波长来计算中心波长的移动,发现△λ慢慢减小直至接近于0.整个计算方法避免了在直接选取数据点时造成的误差,线宽展宽因子计算值为0.12～2.75.     

1.3μm量子点垂直腔面发射激光器高频响应的优化设计

结合垂直腔面发射激光器(VCSEL)原理以及量子点增益特点，计算了有源层p掺杂结构的量子点VCSEL的材料增益和3 dB带宽，发现p掺杂结构可以大大提高频率特性.结合VCSEL激射条件和阈值特性，分析了对VCSEL结构的要求；分析了分布参数对频率特性的影响，对其外部封装提出了要求.设计了高频率响应的含氧化限制层的1.3 μm量子点VCSEL结构. 关键词： 量子点 垂直腔面发射激光器 微分增益 3 dB带宽     

利用InAs/GaAs数字合金超晶格改进InAs量子点有源区的结构设计

利用分子束外延技术,通过InAs/GaAs数字合金超晶格代替传统的直接生长InGaAs层的方式,在GaAs(100)衬底上生长了InAs量子点结构并成功制备了1.3μm InAs量子点激光器.通过原子力显微镜和光致荧光谱测试手段,对传统生长模式和数字合金超晶格生长模式的两种样品进行了表征,研究发现采用32周期InAs/GaAs数字合金超晶格样品的量子点密度非常高,发光性能良好.通过与常规生长方式所制备激光器的性能对比,发现采用InAs/GaAs数字合金超晶格生长InAs量子点的有源区也可以得到高质量的激光器.利用该方式生长的InAs量子点激光器的阈值电流为24 mA,相应的阈值电流密度仅为75 A/cm2,最高工作温度达到120℃.InAs/GaAs数字合金超晶格既可以保证生长过程中源炉的温度保持不变,还可以对InGaAs层的组分实现灵活调控.不需要改变生长速度,通过改变InAs/GaAs数字合金超晶格的周期数以及InAs层和GaAs层的厚度,便可以获得任意组分的InGaAs,从而得到不同发光波长的激光器.这种生长方式对量子点有源区的结构设计和外延生长提供了新思路.     

1.3μm GaAs基量子点垂直腔面发射激光器结构设计与分析

结合垂直腔面发射激光器（VCSEL）原理以及量子点增益特点，计算了不同结构VCSEL的腔内损耗和量子点的模式增益.分析了激光器阈值特性以及氧化限制层对光损耗的影响.设计了含 氧化限制层的13μm量子点VCSEL结构. 关键词： 量子点 垂直腔面发射激光器 增益     

半导体红外量子点发展现状与前景

半导体量子点具有独特的光学与电学性质,特别是红外量子点良好的光稳定性和生物相容性等优点使其在光电器件、生物医学等领域受到广泛关注。综述了吸收或发射光谱位于红外波段的量子点在激光、能源、光电探测以及生物医学等方面的应用现状与前景,归纳了适用于红外量子点材料的制备方法,并对比了不同方法在应用中的优势。半导体红外量子点材料选择丰富、应用形式多样:InAs量子点被动锁模激光器在1.3 μm波长处产生7.3 GHz的近衍射极限脉冲输出;InAs/GaAs量子点双波长激光器可泵浦产生0.6 nW的THz波;PbS量子点掺杂光纤放大器可在1.53 μm中心波长处实现10.5 dB光增益,带宽160 nm;CdSeTe量子点敏化太阳能电池、异质结Si基量子点太阳能电池的总转换效率可达8%和14.8%;胶质HgTe量子点制成的量子点红外探测器(QDIP)可实现3 μm~5 μm中波红外探测,Ge/Si量子点可实现3 μm~7 μm红外探测;CdTe/ZnSe核壳量子点可用于检测DNA序列的损伤与突变。半导体红外量子点上述应用形式的发展,将进一步促进红外光电系统向高效、快速、大规模集成的方向演进,也将极大地促进临床医学中活体成像检测的应用推广。     

内嵌InAs量子点的δ掺杂GaAs/AlxGa1-xAs二维电子气特性分析

采用分子束外延技术对δ掺杂GaAs/Al_xGa_1-xAs二维电子气(2DEG)样品进行了生长. 在样品生长过程中, 分别改变掺杂浓度(N_d)、空间隔离层厚度(W_d) 和Al_xGa_1-xAs中Al组分(x_Al)的大小, 并在双温(300 K, 78 K)条件下对生长的样品进行了霍尔测量; 结合测试结果, 分别对N_d, W_d及x_Al与GaAs/Al_xGa_1-xAs 2DEG的载流子浓度和迁移率之间的关系规律进行了细致的分析讨论. 生长了包含有低密度InAs量子点层的δ掺杂GaAs/Al_xGa_1-xAs 2DEG 样品, 采用梯度生长法得到了不同密度的InAs量子点. 霍尔测量结果表明, 随着InAs量子点密度的增加, GaAs/Al_xGa_1-xAs 2DEG的迁移率大幅度减小, 实验中获得了密度最低为16×10⁸/cm²的InAs量子点样品. 实验结果为内嵌InAs量子点的δ掺杂GaAs/Al_xGa_1-xAs 2DEG的研究和应用提供了依据和参考. 关键词： 二维电子气 InAs量子点 载流子浓度 迁移率     

基于两端自发荧光辐射的808nm半导体激光器增益偏振特性实验表征和能带分析

通过半导体激光器两端的放大自发荧光辐射可以获取器件的光学增益信息. 本文利用这一新的增益实验测量方法, 开展了对连续运行的808nm GaAs/AlGaAs量子阱激光器横向电场 (TE)与磁场(TM)偏振增益特性的实验研究. 通过将实验结果与理论增益曲线对比, 分析了非应变GaAs量子阱TE和TM极化偏振对应的空穴子能带随注入电流的变化规律, 以及激光器在连续运行状态下的实际增益状态和影响因素. 关键词： 半导体激光器 增益测量 偏振 量子阱和能带     

自组织生长InAs/GaAs量子点发光动力学研究

介绍了最新发展的粒子数混合超快光谱测量技术,以及采用该技术对自组织生长InAs/GaAs量子点发光动力学的研究结果.实验发现,自组织InAs/GaAs量子点结构的发光寿命大约为1ns,与InAs层厚度关系不大;激子寿命与温度有一定的关系,但没有明显的实验证据表明与量子点的δ态密度有关;用粒子数混合技术,实验上可直接观察到量子点中载流子在激发态能级的态填充过程. 关键词：     

能级构型对InAs/GaAs量子点电磁感应透明介质中光孤子存储的影响

基于现有的实验,利用不同频率的光脉冲耦合到InAs/GaAs量子点的不同能级之间可形成梯形、Λ形和V形等3类量子点电磁诱导透明介质.继而研究这三类能级构型InAs/GaAs量子点电磁诱导透明介质中的光孤子形成和存储性质,结果表明,梯形和Λ形InAs/GaAs量子点体系不但可形成光孤子还可以实现光孤子的存储与读取,且其所存储光孤子的保真度比光存储的保真度高;但V形InAs/GaAs量子点体系却不能形成光孤子,这是由于体系的非线性效应非常弱.有趣的是在相同的实验参数下,Λ形InAs/GaAs量子点体系所存储的光孤子幅度比梯形所存储的光孤子幅度大.这为半导体量子点器件对所存储光孤子进行调幅操作提供了理论依据.     

Mn离子注入InAs/GaAs量子点结构材料的光电性质研究

用高能离子注入(160keV)的方法对InAs/GaAs量子点结构进行掺杂，研究了不同退火工艺处理后量子点的光致发光和电学性能.相对于长时间退火，快速退火处理后的量子点发光通常较强.在相同的退火条件下，量子点发光峰位随着Mn注入剂量的增加，先是往高能量端快速移动，而后发光峰又往低能方向移动.后者可能是由于Mn原子进入InAs量子点，释放了InAs量子点中的应变所致.对于高注入剂量样品和长时间退火样品，变温电阻曲线在40 K附近会出现反常行为. 关键词： 离子注入 InAs/GaAs量子点 光致发光 团簇     

量子限制受主远红外电致发光器件的制备与测量

采用分子束外延技术生长GaAs/AlAs三量子阱,并在中间的GaAs阱中δ-掺杂浅受主杂质Be原子,制作出量子限制受主远红外Teraherz原型电致发光器件.实验上测量得到4.5 K时器件的电致发光谱（EL）和电传输特性（I-V曲线）.在EL发射谱中清楚地观察到222 cm^-1处宽的尖峰,这来源于Be受主奇宇称激发态到其基态的辐射跃迁,而非辐射弛豫过程则使发射谱的信号很弱.另外在I-V曲线中072和186 V的位置出现两个共振隧道贯穿现象,分别对应于中间δ-掺杂量子阱受主能级1s_3/2(Γ₆+Γ₇)到左边非掺GaAs量子阱中HH带,及右边非掺杂GaAs量子阱中HH重空穴带到中间掺杂GaAs量子阱中Be受主杂质原子奇宇称激发态2p_5/2(Γ₆+Γ₇)能级的共振隧穿. 关键词： 量子限制效应 电致发光 共振隧穿效应 δ-掺杂GaAs/AlAs三量子阱     

852 nm半导体激光器InGaAlAs、InGaAsP、 InGaAs和GaAs量子阱的温度稳定性

为了提高852 nm半导体激光器的温度稳定性,理论计算了InGaAlAs、InGaAsP、InGaAs和GaAs量子阱的增益,模拟对比并研究了不同量子阱的增益峰值和峰值波长随温度的漂移。结果显示,采用In_0.15Ga_0.74-Al_0.11As作为852 nm半导体激光器的量子阱可以使器件同时具有较高的增益峰值和良好的温度稳定性。使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延生长了压应变In_0.15Ga_0.74Al_0.11As单量子阱852 nm半导体激光器,实验测得波长随温度漂移的数值为0.256 nm/K,实验测试结果验证了理论计算结果。     

基于Ag2Se量子点的近红外自组装激光器

铅盐量子点的最低量子态的多重简并和胶体量子点与谐振腔耦合难度大,阻碍了近红外胶体量子点激光器的发展.本文利用基于Ag₂Se量子点的自组装激光器解决了上述问题.利用最低量子态二重简并的Ag₂Se量子点代替铅盐量子点来实现低阈值的近红外光增益.使用有限元法深入分析了咖啡环微腔的模场分布和振荡机制,结果表明光场在横截面内沿之字形路径传播振荡,量子点与腔模式实现了强耦合.分析了腔长与自由光谱范围和激光发射波长的关系,基于此关系以及Ag₂Se量子点的增益谱特性设计了单模近红外激光器,分析了该激光器的激光特性.以仿真结果为指导,实验制备了阈值低至158 μJ/cm²,线宽为0.3 nm的单模近红外激光器.通过增加激光器腔长,使发射波长从1300 nm增至1323 nm.此外,由于Ag₂Se量子点的毒性几乎可以忽略,所以本文推进了环境友好的近红外激光器向实用型激光器发展.     

硅基III-V族量子点激光器的发展现状和前景

本文简要综述了硅基III-V族量子点激光器的研究进展. 在介绍了量子点激光器的优势和发展后, 重点介绍了近年来硅基、锗基III-V族量子点材料生长上的突破性进展及所带来的器件性能的大幅提高, 如实现了锗基和硅基1.3 μm InAs/GaAs量子点激光器的室温激射, 锗基量子点激光器的阈值电流低至55.2 A/cm²并可达60 ℃以上的连续激射, 通过锗硅虚拟衬底, 在硅基上实现了30 ℃下以16.6 mW的输出功率达到4600 h的激光寿命, 这些突破性的进展为硅基光电子集成打开了新的大门.     

不同组分InxGa1-xAs(0≤x≤0.3)覆盖层对自组织InAs量子点的影响

研究了不同In组分的In_xGa_1-xAs(0≤x≤0.3)覆盖层对自组织InAs量子点的结构及发光特性的影响.透射电子显微镜和原子力显微镜表明,InAs量子点在InGaAs做盖层时所受应力较GaAs盖层时有所减小,并且x＝0.3时,InGaAs在InAs量子点上继续成岛.随x值的增大,量子点的光荧光峰红移,但随温度的变化发光峰峰位变化不明显.理论分析表明InAs量子点所受应力及其均匀性的变化分别是导致上述现象的主要原因. 关键词： 量子点 盖层 应力 红移     

InAs/GaAs表面量子点的压电调制反射光谱研究

运用压电调制反射光谱(PzR)方法测量了在以GaAs(311)B为衬底的In_0.35Ga_0.65As模板上生长的InAs表面量子点结构的反射谱.在77K温度下，观察到了来自样品各个组成结构(包括表面量子点本身、被覆盖层覆盖的量子点、In_0.35Ga_0.65As模板以及GaAs衬底等)的调制信号.来自表面量子点本身的调制信号是多个清晰的调制峰.用一阶和三阶微分洛伦兹线形对PzR谱中对应结构的实验数据进行了拟合，精确确定了与样品的各个组成结构相对应的调制峰的能量位置.对不同样品PzR谱的差异进行了定性的说明. 关键词： 压电调制光谱 InAs/GaAs 表面量子点 洛伦兹线形拟合     

金纳米颗粒调控量子点激子自发辐射速率

将InAs/GaAs量子点样品薄膜置于覆盖有直径为50 nm的金(Au)纳米颗粒的硅衬底上,可以调控量子点激子的自发辐射速率.实验发现,当量子点浸润层距离Au纳米颗粒表面15—35 nm时,激子自发辐射速率受到抑制,且距离为19 nm时抑制作用最大,导致量子点激子的自发辐射速率减小到没有Au纳米颗粒时自发辐射速率的10^-3.基于经典的偶极辐射模型模拟计算的激子自发辐射速率与实验结果一致.     

GaSb/GaAs复合应力缓冲层上自组装InAs量子点的生长

研究了GaSb/GaAs复合应力缓冲层上自组装生长的InAs量子点.在2ML GaSb/1ML GaAs复合应力缓冲层上获得了高密度的、沿［100］方向择优分布量子点.随着复合应力缓冲层中GaAs层厚度的不同,量子点的密度可以在1.2×10¹⁰cm^-2和8×10¹⁰cm^-2进行调控.适当增加GaAs层的厚度至5ML,量子点的发光波长红移了约25nm,室温下PL光谱波长接近1300nm. 关键词： 自组装量子点 分子束外延 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体