基于侧向微结构的中红外半导体激光器性能调控研究
发布时间：2021-04-13 01:08
中红外半导体激光器相比于其它体制中红外波段激光器具体积小、寿命长、转换效率高等优点,在气体探测、激光雷达、医疗及国防等领域有着重要的应用。但因器件材料体系及外延结构的影响,目前中红外半导体激光器普遍存在导热散热差、封装及温控要求高、侧向光束质量低的问题,这些限制了中红外半导体激光器的实际应用。针对上述问题,本论文将侧向微结构引入到中红外半导体激光器中,目的是实现中红外半导体激光器电、热、光特性的改善,具体的研究内容和成果如下:（1）采用有限元方法模拟研究了量子级联激光器热学、电学特性与波导结构的关联关系,提出阶梯型侧向波导微结构,有效改善了量子级联激光器侧向导热,使有源区中心温度对比传统结构有明显下降,同时提高了电流注入效率。（2）提出倾斜波导片上合束结构,采用软件模拟了倾斜波导各阶侧向模式的谐振状态和腔面反射率,从理论上证明该结构可有效抑制高阶侧向模式激射,可明显改善激光器侧向光束质量,同时揭示了器件阈值电流密度升高的原因。（3）将倾斜波导片上合束结构应用于GaAs基近红外和GaSb基中红外激光器,成功制备了夹角分别为10°和15°的合束器件,实验验证了倾斜波导片上合束结构对侧向光束...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
一些气体分子在中红外波段的吸收峰
图 1.2 不同中红外半导体激光器及其覆盖的波长范围Figure 1.2 Different MIR semiconductor lasers and their wavelength ranges.2 GaSb 基中红外激光器有源区的发展过程概述2.1 GaSb 基双异质结激光器概述1963 年第一支基于 InAs 同质结的Ⅲ-V 族中红外激光器在低温下成功激射波长为 3.1μm[14]。随后，Caneau 等人首次成功制备了以 InGaAsSb 为有双异质结中红外激光器[15]。该器件的结构简图如图 1.3 所示，这种结构是相外延生长技术（LPE）制备的，可在波长为 2.2μm 处发光。通过控制 InGaA种组分的含量比例能够使得其晶格与 GaSb 衬底匹配，同时在室温下带隙接地在 0.29eV 到 0.73eV 区间内连续调节，能够有效覆盖 1.7μm 到 4.3μm 范围。因此，GaSb 材料体系逐步受到广大科研工作者的热切关注。但是
图 1.3 双异质结激光二极管工作原理简图[15]Figure 1.3 The Schematic diagram of double heterojunction laser diode[15]这些基于双异质结有源区的中红外激光器性能指标不良的主：，液相外延生长技术（LPE）是一种基于热力学平衡的生长技力学平衡的材料。LPE 也很难生长出陡直的界面和多层异质结控制层的厚度[19]。在更为精细的外延生长技术（如金属有机D）和分子束外延（MBE））发展起来以后，利用 MOCVD 和捷的生长具备良好光学性质的多元半导体材料，例如 Ab[20]。此外，InGaAsSb 四种组分在不互溶区的半导体材料也被出来[21, 22]。1991 年，Choi 所在研究组报导了一种中红外激光利用 MBE 生长的严格晶格匹配的 GaInAsSb/AlGaAsSb/GaSb
本文编号：3134329
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
一些气体分子在中红外波段的吸收峰
图 1.2 不同中红外半导体激光器及其覆盖的波长范围Figure 1.2 Different MIR semiconductor lasers and their wavelength ranges.2 GaSb 基中红外激光器有源区的发展过程概述2.1 GaSb 基双异质结激光器概述1963 年第一支基于 InAs 同质结的Ⅲ-V 族中红外激光器在低温下成功激射波长为 3.1μm[14]。随后，Caneau 等人首次成功制备了以 InGaAsSb 为有双异质结中红外激光器[15]。该器件的结构简图如图 1.3 所示，这种结构是相外延生长技术（LPE）制备的，可在波长为 2.2μm 处发光。通过控制 InGaA种组分的含量比例能够使得其晶格与 GaSb 衬底匹配，同时在室温下带隙接地在 0.29eV 到 0.73eV 区间内连续调节，能够有效覆盖 1.7μm 到 4.3μm 范围。因此，GaSb 材料体系逐步受到广大科研工作者的热切关注。但是
图 1.3 双异质结激光二极管工作原理简图[15]Figure 1.3 The Schematic diagram of double heterojunction laser diode[15]这些基于双异质结有源区的中红外激光器性能指标不良的主：，液相外延生长技术（LPE）是一种基于热力学平衡的生长技力学平衡的材料。LPE 也很难生长出陡直的界面和多层异质结控制层的厚度[19]。在更为精细的外延生长技术（如金属有机D）和分子束外延（MBE））发展起来以后，利用 MOCVD 和捷的生长具备良好光学性质的多元半导体材料，例如 Ab[20]。此外，InGaAsSb 四种组分在不互溶区的半导体材料也被出来[21, 22]。1991 年，Choi 所在研究组报导了一种中红外激光利用 MBE 生长的严格晶格匹配的 GaInAsSb/AlGaAsSb/GaSb
本文编号：3134329
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