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     

1.55-μm大功率高速直调半导体激光器阵列

提出一种基于AlGaInAs材料的1.55-μm波段的大功率、高速直调分布反馈(DFB)激光器阵列。采用具有良好温度特性和高微分增益的AlGaInAs材料作为量子阱和波导层以实现大功率与高带宽的输出;引入稀释波导结构来减小有源区内部损耗,同时降低远场发散角;采用悬浮光栅并优化耦合系数以实现大注入电流下的单模稳定工作。最终实现了1.5-μm波段5波长的大功率直调激光器阵列,阵列波长间隔约为5 nm,室温连续波(CW)工作时各通道输出光功率均大于100 mW,单通道最大输出光功率为160 mW,500 mA工作电流范围内边模抑制比大于55 dB,小信号调制带宽可达7 GHz,激光器最小线宽为520 kHz,相对强度噪声低于-145 dB/Hz。     

LP-MOCVD生长温度对InGaAs性能的影响

众所周知,InGaAs在InP和GaAs二个系列材料中具有最大的载流子迁移率和最大的饱和速率,InGaAs/GaAs应变量子阱可以把GaAs的发射波长从0.83μm延伸到1.1μm[1],而InGaAs/InP量子阱激光器又可以实现1.1～1.8μm内任意波长发射[2],并且,InGaAs/InP探测器的响应波长范围为0.93μm～1.65μm[3],因此,它不论对高速电子器件如HBT和HEMT,还是光电子器件如激光器(LD)和探测器(PIN和APD)都具有极重要的意义。     

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。     

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。     

InGaAsP/InGaP/GaAs单量子阱激光器工作特性

利用低压-金属有机化学汽相沉积(LP-MOCVD)方法研制出InGaAsP/InGaP/GaAs单量子阱大功率激光器并分析了阈值电流密度、特征温度和外微分量子效率与腔长的关系.     

面向片上传感量子级联激光器的研究进展（特邀）

作为一种新型半导体激光器,量子级联激光器因其独特的子带间跃迁机制,具有高速响应、高非线性、输出波长大范围可调等特点。近年来随着输出光功率和电光转化效率等性能指标的快速提升,量子级联激光器已成为中红外至太赫兹波段（波长约为3～300μm）的主流激光光源,在大气污染监控、气体检测、太赫兹成像、生物医疗以及空间光通信等领域具有重要科学意义和应用价值。本文阐释了量子级联激光器的发展历程以及工作原理;分别重点讨论了中红外量子级联激光器在高效率、大功率、波长可调谐以及片上传感的应用等方面的研究进展,并对基于中红外量子级联激光器差频太赫兹光源和光频梳的发展进行叙述,最后进行了简要总结与展望。     

碟型量子阱微腔激光器的低阈值激射

利用反应离子刻蚀(RIE)和湿法腐蚀方法在InGaAs/InGaAsP多量子阱材料上研制出直径为8μm、4.5μm和2μm的碟型半导体微腔激光器。其中2μm直径的微碟在液氮温度下其光泵浦激射阈值仅为3μW左右。对高光功率密度下泵浦时出现的多模激射、跳模和激射光谱强度饱和现象进行了研究。并对微碟激光器的激射光谱线宽特性进行了初步的分析。     

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     

新型多有源区隧道再生光耦合大功率半导体激光器

针对大功率半导体激光器面临的主要困难,提出并实现了一种隧道再生多有源区耦合大光腔 高效大功率半导体激光器机理.该机理能有效地解决光功率密度过高引起的端面灾变性毁坏 、热烧毁和光束质量差等大功率激光器存在的主要问题.采用低压金属有机化合物气相淀积 方法生长了以碳和硅作为掺杂剂的GaAs隧道结、GaAs/InGaAs 应变量子阱有源区和新型多有 源区半导体激光器外延结构,并制备了高性能大功率980nm激光器件.三有源区激光器外微分 量子效率达2.2,2A驱动电流下单面未镀膜激光输出功率高达2.5W. 关键词： 半导体激光器 大功率 金属有机化合物气相沉积     

1/f alpha noise in spectral fluctuations of quantum systems

The power law 1/f(alpha) in the power spectrum characterizes the fluctuating observables of many complex natural systems. Considering the energy levels of a quantum system as a discrete time series where the energy plays the role of time, the level fluctuations can be characterized by the power spectrum. Using a family of quantum billiards, we analyze the order-to-chaos transition in terms of this power spectrum. A power law 1/f(alpha) is found at all the transition stages, and it is shown that the exponent alpha is related to the chaotic component of the classical phase space of the quantum system.     

810-nm InGaA1As/A1GaAs double quantum well semiconductor lasers with asymmetric waveguide structures

The 810-nm InGaA1As/A1GaAs double quantum well (QW) semiconductor lasers with asymmetric waveguide structures, grown by molecular beam epitaxy, show high quantum efficiency and high-power conversion efficiency at continuous-wave (CW) power output. The threshold current density and slope efficiency of the device are 180 A/cm2 and 1.3 W/A, respectively. The internal loss and the internal quantum efficiency are 1.7 cm-1 and 93%, respectively. The 70% maximum power conversion efficiency is achieved with narrow far-field patterns.     

Improved thermal property of strained InGaAlAs/AlGaAs quantum wells for 808-nm vertical cavity surface emitting lasers

The 808-nm vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) with strained In_0.13Ga_0.75Al_0.12As/Al_0.3Ga_0.7As quantum wells is designed and fabricated. Compared with the VCSELs with Al_0.05Ga_0.95As/Al_0.3Ga_0.7As quantum wells, the VCSEL with strained In_0.13Ga_0.75Al_0.12As/Al_0.3Ga_0.7As quantum wells is demonstrated to possess higher power conversion efficiency (PCE) and better temperature stability. The maximum PCE of 43.8% for 10-μm VCSEL is achieved at an ambient temperature of 30 ℃. The size-dependent thermal characteristics are also analyzed by characterizing the spectral power and output power. It demonstrates that small oxide-aperture VCSELs are advantageous for temperature-stable performance.     

脉冲溅射功率对含硅量子点SiC_x薄膜的结构和光学特性的影响

采用射频和脉冲磁控共溅射法并结合快速光热退火法制备了含硅量子点的SiC_x薄膜.采用掠入射X射线衍射、喇曼光谱、紫外-可见-近红外分光光度计和透射电子显微镜对薄膜进行表征.研究了脉冲溅射功率对薄膜中硅量子点数量、尺寸、晶化率和薄膜光学带隙的影响.结果表明:当溅射功率从70 W增至100 W时,硅量子点数量增多,尺寸增至5.33nm,晶化率增至68.67%,而光学带隙则减至1.62eV;随着溅射功率进一步增至110 W时,硅量子点数量减少,尺寸减至5.12nm,晶化率降至55.13%,而光学带隙却增至2.23eV.在本实验条件下,最佳溅射功率为100 W.     

2.0 μm room temperature CW operation of InGaAsSb/AlGaAsSb laser with asymmetric waveguide structure

The GaInAsSb/AlGaAsSb double quantum well lasers with an emission wavelength 2.0 μm, using the separate-confinement asymmetric waveguide, have been designed and fabricated, showing high quantum efficiency and high power conversion efficiency at continuous-wave operation mode. The threshold current density of the device is as low as 92 A/cm². The internal loss coefficient and the internal quantum efficiency are 1.0 cm^?1 and 86.1%, respectively. The 35% maximum power conversion efficiency (PCE) and narrow far-field patterned were achieved.     

基于GaAs/InAs-GaAs/ZnSe量子点太阳电池结构的优化

基于GaAs/InAs-GaAs/ZnSe的P-i-N量子点太阳电池结构, 根据光学原理和扩散理论建立了光生电流密度与膜层厚度相关的数学模型, 定量分析了量子点层厚度等参数对太阳电池性能的影响,以期达到提高量子 点太阳电池转换效率的目的.理论模拟表明:在i层厚度取3000 nm时,优化后P(GaAs)型、N(ZnSe)型层 薄膜的最佳膜厚为1541 nm, 78 nm, 并在单一波长下太阳电池转换效率为20.1%;同时量子 点体积和温度对于量子点太阳电池I-V特性也会产生影响, 当量子点体积和温度逐渐增大时, 开路电压呈现减小趋势,使得转换效率降低.     

一种基于室温工作的量子点光电探测器的微光读出和应用研究

针对量子点光电探测器线列进行微光检测研究,量子点探测器采用AlAs/GaAs/AlAs双势垒结构,GaAs宽阱中分别有一个InAs量子点(QDs)和In_0.15Ga_0.85As量子阱(QW),建立一个简单的器件模型进行分析。常温下,在632.8 nm He-Ne激光照射下,当光功率为 0.01 pW时,器件偏压-0.5 V,积分时间80.2 μs,电压响应率达到7.0×1011 V·W-1,具有非常高的灵敏度,这种光电探测器在300 K温度下可以探测光功率小于10-14 W极弱光。以这种量子点光电探测器为核心研制的高灵敏度光谱仪和分子超光谱系统结合对生物组织样本进行检测,研制了一种图谱相互验证,互为校正的生物组织光谱测量系统。     

高功率垂直外腔面发射半导体激光器增益设计及制备

垂直外腔面发射半导体激光器(vertical external cavity surface emitting laser, VECSEL)兼具高功率与良好的光束质量,是半导体激光器领域的持续研究热点之一.本文开展了光抽运VECSEL最核心的多量子阱增益区设计,对量子阱增益光谱及其峰值增益与载流子浓度及温度等关系进行系统的理论优化,并对5种不同势垒构型的量子阱增益特性进行对比,证实采用双侧GaAsP应变补偿的发光区具有更理想的增益特性.对MOCVD生长的VECSEL进行器件制备,实现了VECSEL在抽运功率为35 W时输出功率达到9.82 W,并且功率曲线仍然没有饱和;通过变化外腔镜的反射率, VECSEL的激光波长随抽运功率的漂移系数由0.216 nm/W降低至0.16 nm/W,证实外腔镜反射率会影响VECSEL增益芯片内部热效应,从而影响VECSEL激光输出功率.所制备VECSEL在两正交方向上的发散角分别为9.2°和9.0°,激光光斑呈现良好的圆形对称性.     

Temperature dependent growth of InGaN/GaN single quantum well

InGaN/GaN single quantum well (SQW) structures under various InGaN growth temperatures have been grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), the surface morphologies and optical properties are investigated. The radius of the typical V-pits on the SQW surface is affected by the InGaN well-temperature, and the surface roughness decreased as the well-temperature reduced. Room-temperature photoluminescence (PL) and cathode luminescence (CL) shows the quantum well and quantum dot (QD)-like localized state light emission of the SQWs grown at 700 and 690 °C, respectively, whereas the samples grown at 670 and 650 °C present hybrid emission peaks. Excitation power dependent PL spectra indicates the QD-like localized state emission dominates at low excitation power and the quantum well emission starts to take over at high excitation power.