InAs量子点及Sb化物激光器性能测试与分析

发布时间：2020-07-28 16:37

【摘要】：具有独特电学、光学性质的低维半导体材料,不但在基础物理研究方面意义重大,而且广泛应用于光电子器件的制作。量子点激光器具有线宽窄、增益大、阈值低等优点,在通信领域有广泛的应用。量子阱激光器具有频率啁啾小、载流子利用率高、微分增益系数高等优越性能,其中,Sb化物量子阱激光器在环境监测、医疗诊断等方面应用前景广阔。因此,研究量子点和Sb化物量子阱激光器具有重要的意义。本论文主要研究了GaAs基InAs量子点激光器、Ge基InAs量子点激光器以及中红外GaSb基InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器的性能,包括器件输出特性、光谱调谐特性和特征温度等。测试结果表明,GaAs基In As量子点激光器可以在光纤通信低损耗窗口1.3μm波段发光,Ge基InAs量子点激光器在1.2μm波段发光,GaSb基量子阱激光器可以工作在2.0μm波段。论文主要分为以下几部分:1.介绍了分子束外延技术,半导体激光器的基本工作原理、工艺制作和测试系统。2.对GaAs基InAs量子点激光器的输出性能、光谱调谐特性以及器件特征温度进行了详细的研究。实验测得GaAs基InAs量子点激光器激射光谱位于1.3μm附近,激光器的特征温度为40K,输出功率为30m W,器件性能随温度升高而降低。实现了在温度、注入电流的变化下的器件激射波长的调谐。其中,电流调谐下激射波长变化范围约为1315-1325nm,移动了10 nm。温度调谐下激射波长变化范围约为1320-1332nm,移动了12 nm。3.测量了Ge基In As量子点激光器特性,研究了激光器的输出性能、光谱和器件的特征温度,实验测得器件的发光波段为1.2μm,特征温度为41K,输出功率为16.7mW。比较了材料结构相同的Ge基InAs量子点激光器和GaAs基InAs量子点激光器,通过性能测试对比,Ge基InAs量子点激光器的性能基本接近GaAs基In As量子点激光器,说明我们课题组已具备Ge基量子点材料生长和激光器制作水平。4.测量了GaSb基In GaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器的性能,实验测得激光器可以在2.0μm波段发光,拟合出无限腔长情况下激光器的阈值电流密度为135 A/cm~2,在CW模式下,测得器件内量子效率为61.1%,内部损耗为8.3 cm~(-1),斜效率为112 mW/A,输出功率达到72 m W。同时,还研究了器件的光谱调谐特性。其中,腔长调谐下波长红移范围为2023-2046nm,移动了23nm。电流调谐下激射波长变化范围为2038.7-2048.2 nm,移动了9.5 nm。
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248
【图文】：

能级图,载流子,能级,解理面

图 1.1 载流子的能级填充用 III-V 族材料解理面形成激光器谐振腔（F-P 腔），设为，腔长为 L，两腔面反射系数同为 R，则腔内传输波： exp x

生长室,分子束外延,生长过程表,二次离子质谱仪

第二章器件制备与测试方法比于其他材料生长技术，具有以下优点：，温度较低，能够精确的控制材料生长过程表面均匀光滑。清洁度极高的环境下生长，能够得到较好质中，可以结合二次离子质谱仪、AFM、Hall手段，实时对外延生长得到的材料进行监控

固态源,分子束外延,设备

第二章器件制备与测试方法FM) 层状生长模式、Stranski-Krastonov (SK)混合生长模式。S自组装量子点结构的基础。三类生长模式取决于衬底的温度、率等因素。外延生长需要的源材料放置在各个类 Knudsen 束达到一定温度，源材料就会蒸发形成束流。因为粒子的平均自束流在抵达衬底前不会与其他气体粒子反应。经过脱氧处理的样品架上并加热至一定温度以确保外延生长材料的晶体质量）以束流的形式到达衬底表面时，会发生三种物理过程：在表学键被束缚、在表面迁移寻找能量更低的位置或者从表面脱附移会由于衬底表面的对称性不同表现出明显的不对称性。原子发生与其他原子结合反应、成核、在原子台阶处结合或在缺陷原子在台阶处的结合可以形成台阶生长模式。而原子的成核对构的生长也尤为重要。另外，原子的迁移不仅发生在衬底表面移，这种现象将导致生长界面处的互扩散。

【参考文献】