采用半导体量子阱薄膜实现Nd:YAG激光器被动锁模

采用金属有机化学气相淀积(MOCVD)法在InP衬底卜低温生长6个周期的InGaAsP多量子阱薄膜,薄膜对1.06μm激光的小信号透过率为23%.该薄膜兼作Nd:YAG激光器的可饱和吸收体及耦合输出镜,实现1.064 μm激光的被动锁模运转,获得平均脉宽23 ps,能量15 mJ的单脉冲序列.采用射频磁控溅射法在石英衬底上制备4个周期的Si/SiNx多量子阱薄膜,样品在氮气环境下以1000℃退火30 min后,插入Nd:YAG激光器腔内,实现1.064μm激光的被动锁模,获得脉宽30 ps的脉冲序列.多量子阱半导体薄膜作为可饱和吸收体实现激光器的被动锁模具有成本低、设计和制作简单、运转稳定和使用方便的优点.     

双量子阱中的子带光吸收

由于微制造技术的不断发展,如液相外延(LPE),气相外延(VPE),金属有机化学气相沉积(MOCVD)以及分子束外延技术(MBE)等先进的材料生长技术方法也日趋完善,从而使得各种低维半导体量子器件(如半导体、超晶格、量子阱、量子线和量子点等)制造日趋成熟。由于这些低维半导体量子器件具有很强的非线性光效应,而且随着材料、外形、尺寸等的不同,非线性光效应也有很大的差别,更由于其可能存在的广泛的应用前景,所以近年来,一直是人们研究的重点。近来,由于人们相信,利用GaAs／AlGaAs量子阱有可能制造出一些新型的光学仪器,如光开关、光限幅器、光调制器等,所以,对不同势形的GaAs／AlGaAs量子阱的非线性光学特性一直吸引着人们进行理论和实验的研究。而在最近几年,对双量子阱的研究也成为了人们的研究重点。通过密度矩阵和迭代的方法,得到双量子阱中的第一、第三阶子带光吸收表达式,我们将用一个典型的GaAs／AlGaAs双量子阱代入其中进行数值计算,并进行讨论。我们的计算结果显示,阱的光吸收峰不但与中间的势垒宽度有关,更与入射光强有关。     

InGaAs/InAlAs多量子阱结构的量子限制Stark效应研究

通过吸收光电流谱的测量.观察到用国产MBE设备生长的与InP衬底晶格匹配的In-GaAs/InAlAs多量子阱结构的量子限制Stark效应及其与光偏振方向有关的各向异性电吸收特性.报道了可用于波导型调制器制作的MQW样品材料的X射线双晶衍射结果,并用计算机模拟出与实测十分相似的曲线,得到了可靠的量子阱结构参数,证明样品材料具有优良的外延质量.利用等效无限深阱模型进行的理论计算表明,应考虑样品p-i-n结内建电场的影响,才能使算出的吸收边红移与实验值符合. 关键词：     

加偏置电场的抛物量子阱中的电光效应

本文利用密度矩阵方法得到了加偏置电场的抛物量子阱中电光效应的解析表达式,并以典型的GaAs抛物量子阱为例进行了数值计算研究结果表明,电光效应随偏置电场和抛物势频率的增大而增强,同时也表明GaAs量子阱中的电光效应比体GaAs中的要强一个数量级以上。     

一种特殊的非对称量子阱中的电光效应

运用密度矩阵方法推导出了特殊非对称量子阱中电光系数的解析表达式,并以典型的GaAs/AlGaAs非对称量子阱为例进行了数字计算.计算结果表明,量子阱的非对称性随着参数a的增大而增强,随着参数V₀的增大而减小.电光系数的最大值也随着参数a的增大而增大,随着参数V₀的增大而减小,表明电光系数将随着量子阱非对称性的增大而增大.在取不同的参数a和不同的参数V₀时,电光系数和入射光子能量的关系分别被绘制成曲线图.在图中分别有三个不同的峰,而且系统的非对称性越大,峰值就越大.随着量子阱非对称性的增大,曲线中的峰向能量低的方向移动.另外,在这种量子阱中得到了比较大的电光系数,大约在10^-6m/V量级.随着近来纳米制作技术的进步,使得在实验上制作这种特殊非对称量子阱并得到较好的非线性材料成为可能.     

InGaAsN量子阱的光致发光谱研究(英文)

我们测量了低N组分的InGaAsN/InGaAs/GaAs量子阱材料的光致发光(PL)谱,测量温度范围从13K到300K。实验结果显示,InGaAsN的PL谱的主峰值的能量位置随温度的变化呈现出反常的S型温度依赖关系。用Varshni经验公式对实验数据进行拟合之后,发现在低温下InGaAsN量子阱中的载流子是处于局域态的。此外,我们还测量了样品在不同的温度、不同的能量位置的瞬态谱,结果进一步证实了:在低温下,InGaAsN的PL谱谱峰主要是局域态激子的复合发光占据主导地位,而且InGaAsN中的载流子局域态主要是由N等电子缺陷造成的涨落势引起的。     

GaAlAs／GaAs量子阱结构的光致发光研究

阐述了用ＭＯＣＶＤ生长的ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ梯度折射率分别限制量子阱结构及其光学性质。样品经高分辨率光致发光（ＰＬ）测试显示,在１０Ｋ下对于８ｎｍ的单量子阱,通过激发产生的荧光谱半峰宽（ＦＷＨＭ）为６．２ｎｍ,同时具有较高的强度。表明量子阱结构具有陡峭的界面;另外还观察到,Ｘ（ｅ－ｈｈ）峰值位置相对于激发能级的移动。测试结果表明,样品质量符合设计要求,结果令人满意。     

ZnCdTe-ZnTe多量子阱的电场效应

本文报导了电场作用下ZnCdTe-ZnTe多量子阱的激子发光特性.用激子局域化的观点解释了激子发光峰随电场增强而增强的现象.在Zn0.8Cd0.2Te-ZnTe多量子阱中观察到了电场作用下自由激子发光谱峰较大的红移和较快的发光淬灭     

金属薄膜中磁性交换耦合的量子阱效应机制研究新进展

通过对电子在量子阱中的运动行为与经典的弦振动的类比，形象地介绍了金属薄膜中磁性交换耦合的量子阱效应机制研究新进展。电子的几率密度变化周期依赖于双量子阱系统的对称性，其振荡周期符合一个晶格调制渡的理论预言双量子阱系统电子波函数的宇称和量子数的变化。     

NPB/Alq3有机量子阱光电特性研究

利用热蒸发的方法制备了有机量子阱发光器件和Alq3单层发光器件,其中NPB(N,N′-Di-[(lnaphthalenyl)-N,N′-diphenyl]-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine)作垒层,Alq3(Tris-(8-quinolinolato) aluminum)作阱层,量子阱结构类似于无机半导体的Ⅱ型量子阱结构.实验发现有机量子阱发光器件结构中存在垒层向阱层的F(o)rster无辐射共振能量转移,具有良好的电流-电压特性,光谱的窄化及蓝移,并且光谱的蓝移程度随电压的增大而逐渐增强.     

非对称结构大功率940nm量子阱激光器

为改善940 nm大功率InGaAs/GaAs半导体激光器输出特性,通过模拟计算了非对称波导层及限制层结构的光场分布,并参照模拟制作了非对称结构半导体激光器器件。采用低压金属有机物气相沉积(LP-MOCVD)生长技术,获得了低内吸收系数的高质量外延材料,通过实验数据计算得到激光器材料内吸收系数仅为0.44mm~(-1)。进而通过管芯工艺制作了条宽100μm、腔长2000μm的940 nm半导体激光器器件。25℃室温10 A直流连续(CW)测试镀膜后器件阈值电流251 mA,斜率效率1.22 W/A,最大输出功率达到9.6 W,最大光电转化效率超过70%。     

非对称结构大功率940 nm量子阱激光器

为改善940 nm大功率InGaAs/GaAs半导体激光器输出特性,通过模拟计算了非对称波导层及限制层结构的光场分布,并参照模拟制作了非对称结构半导体激光器器件。采用低压金属有机物气相沉积（LP-MOCVD）生长技术,获得了低内吸收系数的高质量外延材料,通过实验数据计算得到激光器材料内吸收系数仅为0.44 mm-1。进而通过管芯工艺制作了条宽100 m、腔长2000 m的940 nm半导体激光器器件。25 ℃室温10 A直流连续（CW）测试镀膜后器件阈值电流251 mA,斜率效率1.22 W/A,最大输出功率达到9.6 W,最大光电转化效率超过70%。     

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.     

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.     

Bound polaron in quantum dot quantum well structures

The problem of bound polarons in quantum dot quantum well (QDQW) structures is studied theoretically. The eigenfrequencies of bulk longitudinal optical (LO) and surface optical (SO) modes are derived in the framework of the dielectric continuum approximation. The electron--phonon interaction Hamiltonian for QDQW structures is obtained and the exchange interaction between impurity and LO-phonons is discussed. The binding energy and the trapping energy of the bound polaron in CdS/HgS QDQW structures are calculated. The numerical results reveal that there exist three branches of eigenfrequencies of surface optical vibration in the CdS/HgS QDQW structure. It is also shown that the binding energy and the trapping energy increase as the inner radius of the QDQW structure decreases, with the outer radius fixed, and the trapping energy takes a major part of the binding energy when the inner radius is very small.     

离子注入诱导量子阱界面混合效应的光致荧光谱研究

采用多元芯片方法获得了一系列不同离子注入剂量的GaAsAlGaAs非对称耦合量子阱单元,通过光致荧光谱测量,研究了单纯的离子注入导致的界面混合效应.荧光光谱行为与有效质量理论计算研究表明,Al原子在异质结界面的扩散在离子注入过程中已基本完成,而热退火作用主要是去除无辐射复合中心. 关键词： 量子阱 离子注入 光致荧光谱 界面混合     

Optically pumped GaN/AlGaN quantum well intersubband terahertz laser

We propose an optically pumped nonpolar GaN/AlGaN quantum well (QW) active region design for terahertz (THz) lasing in the wavelength range of 30 μm～ 40 μm and operating at room temperature. The fast longitudinal optical (LO) phonon scattering in GaN/AlGaN QWs is used to depopulate the lower laser state, and more importantly, the large LO phonon energy is utilized to reduce the thermal population of the lasing states at high temperatures. The influences of temperature and pump intensity on gain and electron densities are investigated. Based on our simulations, we predict that with a sufficiently high pump intensity, a room temperature operated THz laser using a nonpolar GaN/AlGaN structure is realizable.     

Intersubband transitions and refractive index changes in coupled double quantum well with different well shapes

In this study, both the linear intersubband transitions and the refractive index changes in coupled double quantum well (DQW) with different well shapes for different electric fields are theoretically calculated within framework of the effective mass approximation. Results obtained show that intersubband transitions and the energy levels in coupled DQW can importantly be modified and controlled by the electric field strength and direction. By considering the variation of the energy differences, it should point out that by varying electric field we can obtain a blue or red shift in the intersubband optical transitions. The modulation of the absorption coefficients and the refractive index changes which can be suitable for good performance optical modulators and various infrared optical device applications can be easy obtained by tuning applied electric field strength and direction.     

An optically pumped GaN/AlGaN quantum well intersubband terahertz laser

We propose an optically pumped nonpolar GaN/AlGaN quantum well(QW) active region design for terahertz(THz) lasing in the wavelength range of 30 μm～ 40 μm and operating at room temperature.The fast longitudinal optical(LO) phonon scattering in GaN/AlGaN QWs is used to depopulate the lower laser state,and more importantly,the large LO phonon energy is utilized to reduce the thermal population of the lasing states at high temperatures.The influences of temperature and pump intensity on gain and electron densities are investigated.Based on our simulations,we predict that with a sufficiently high pump intensity,a room temperature operated THz laser using a nonpolar GaN/AlGaN structure is realizable.     

Hot photoluminescence of GaAs-AlGaAs multiple quantum well structures under high excitation by a single shot of 30 ps, 532 nm laser

Energy-resolved decay times and time-resolved spectra of hot photoluminescence of GaAs-AlGaAs multiple quantum well structures at 77 K under high excitation (50 MW/cm²) were measured by single shot experiments with the use of a 30 ps, 532 nm laser, a streak camera, and an optical multichannel analyzer. It was found that the transition between higher subbands (n=2 e-hh) appears and its intensity relaxes with a decay time of about 200 ps. The theoretical expression for carrier relaxation in a two-dimensional quantum well was obtained. We found that the calculated energy loss rate due to Lo-phonon scattering (10 meV/ps) is at least four times larger than the observed one (2.7 meV/ps).