1053 nm InGaAs/GaAs量子阱高速超辐射发光二极管的制备与性能研究

发布时间：2021-06-11 16:52

　　超辐射发光二极管（SLD）是一种让自发辐射的光子在给定腔体中传播时受增益增大（以内部单程增益为特征）的光发射器件,其光学性质介于激光器（LD）和发光二极管（LED）之间,具有光谱宽、相干性弱、功率大、效率高等优点,因此,将1053nm波段SLD应用于惯性约束聚变（ICF）等高能激光系统时,可望获得体积小、受激布里渊散射（SBS）阈值高、光谱输出稳定、调制方便的种子光源。同时,此波段不易被水吸收与色散,在光学相干层析技术（OCT）、光学传感与测量等低相干测试领域也有着广泛的应用前景。1053 nm波段SLD一般采用InGa As/Ga As量子阱作为有源层。由于In组分高,导致InGaAs/Ga As晶格失配大,InGaAs阱层极易由2D层状生长转变为3D岛状生长,严重影响SLD的性能;同时,SLD以自发辐射发光为主,载流子寿命偏长,自发辐射响应速度较慢,导致调制带宽较低,不能满足高速器件的需要;此外,为使后续光信号受到的影响小,希望SLD输出光谱稳定,而SLD输出的光谱呈高斯分布,峰值输出波长易受温度、电流等外部因素影响,因此,还需要研究影响SLD光谱稳定性的因素。为此,本文以制备基于... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：123 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 对 1053 nm发光器件的需求
    1.2 超辐射发光二极管简介
    1.3 超辐射发光二极管的研究进展
    1.4 论文的选题依据及研究内容
2 超辐射发光二极管的相关原理
    2.1 量子阱的主要特性分析
        2.1.1 量子阱的能量量子化
        2.1.2 量子阱的态密度
        2.1.3 应变量子阱理论
    2.2 半导体中的载流子与光增益
        2.2.1 半导体中载流子的收集与复合
        2.2.2 载流子与光场的限制
        2.2.3 受激辐射与自发辐射
        2.2.4 超辐射发光二极管的光增益
    2.3 量子效率与内损耗
    2.4 超辐射发光二极管的主要光电参数
        2.4.1 峰值波长与光谱半宽
        2.4.2 光谱调制度
        2.4.3 超辐射发光二极管的调制特性
    2.5 本章小结
3 1053 nm超辐射发光二极管结构设计
    3.1 1053 nm超辐射发光二极管外延结构设计
        3.1.1 量子阱材料的选择
        3.1.2 量子阱结构参数设计
        3.1.3 波导层与限制层设计
        3.1.4 整体外延结构
    3.2 1053 nm超辐射发光二极管脊波导结构设计
        3.2.1 脊宽与脊高的设计
        3.2.2 有源区长度的设计
        3.2.3 抑制光反馈的设计
    3.3 1053 nm超超辐射发光二极管高速设计
        3.3.1 影响调制频率的因素
        3.3.2 提高调制频率的结构设计
    3.4 可靠性设计
        3.4.1 可靠性预计
        3.4.2 可靠性设计
    3.5 本章小结
4 大应变InGa As/GaAs量子阱的MOCVD外延生长
    4.1 MOCVD外延生长概述
        4.1.1 MOCVD设备简介
        4.1.2 MOCVD外延生长原理与技术特点
        4.1.3 MOCVD外延生长技术难点
    4.2 外延材料的参数测试表征
        4.2.1 X射线双晶衍射技术
        4.2.2 光荧光(PL)技术
        4.2.3 电化学腐蚀(ECV)
        4.2.4 原子力显微技术(AFM)
    4.3 大应变InGaAs/GaAs量子阱生长
        4.3.1 生长温度
        4.3.2 生长速度
        4.3.3 中断时间
        4.3.4 应变缓冲层
    4.4 本章小结
5 1053 nm高速超辐射发光二极管制作与性能
    5.1 工艺制作流程
        5.1.1 光刻与刻蚀
        5.1.2 介质膜沉积
        5.1.3 电极制作
        5.1.4 腔面镀膜
        5.1.5 耦合封装
    5.2 InGaAs/GaAs量子阱宽条FP激光器
        5.2.1 宽条激光器制作
        5.2.2 内损耗与外量子效率
    5.3 1053 nm超超辐射发光二极管器件的测试结果与分析
        5.3.1 调制带宽
        5.3.2 输出功率和光谱
        5.3.3 光谱的稳定性
        5.3.4 热阻计算
        5.3.5 可靠性
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 主要结论
    6.2 创新点
    6.3 后续工作与展望
致谢
参考文献
附录
    A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
    B 作者在攻读学位期间的获奖与专利
    C 作者在攻读学位期间主要参与的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]低偏振高功率1310nm超辐射发光二极管的液相外延生长[J]. 周勇,段利华,张靖,刘尚军,韩伟峰,黄茂.  发光学报. 2015(01)
[2]InGaAs/GaAs应变量子阱激光器线宽展宽因子的理论研究[J]. 张帆,李林,马晓辉,李占国,隋庆学,高欣,曲轶,薄报学,刘国军.  物理学报. 2012(05)
[3]InxGa1-xAs/GaAs量子阱应变量对变温光致发光谱的影响[J]. 叶志成,舒永春,曹雪,龚亮,姚江宏,皮彪,邢晓东,许京军.  发光学报. 2011(02)
[4]1053nm超辐射发光二极管量子阱的设计[J]. 黄鑫,宋爱民,段利华.  半导体光电. 2010(04)
[5]光抽运半导体激光器增益特性研究[J]. 华玲玲,宋晏蓉,张鹏,张晓,郭凯.  光学学报. 2010(06)
[6]调制滤波引起脉冲起伏研究[J]. 纪帆,许立新,王建军,郑欢,隋展,明海.  量子电子学报. 2008(04)
[7]气体压强对非晶硅薄膜光学特性的影响[J]. 李世彬,吴志明,朱魁鹏,蒋亚东,李伟,廖乃镘.  光电子.激光. 2008(03)
[8]高速脊波导激光器寄生电容的分析[J]. 孟桂超,陈国鹰,安振峰,张世祖,韩威.  激光技术. 2007(01)
[9]电化学C-V法测量化合物半导体载流子浓度的研究进展[J]. 李晓云,牛萍娟,郭维廉.  微纳电子技术. 2007(02)
[10]Simulation of polarization-insensitive multiple-quantum-well superluminescent diodes[J]. 赵涵,黄翊东,张巍,彭江得.  Chinese Optics Letters. 2006(03)

博士论文
[1]852nm半导体激光器结构设计与外延生长[D]. 徐华伟.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012

硕士论文
[1]InGaAs/GaAs应变量子阱半导体激光器的研究[D]. 杨立保.长春理工大学 2004
[2]1.05μm高速宽带激光器研究[D]. 毛庆丰.电子科技大学 2001



本文编号：3224918