高性能垂直腔面发射激光器的研究

发布时间：2023-02-18 13:31

　　近年来互联网技术发展迅速,现代化建设越来越先进,社会已经进入了以大数据为中心的信息时代。以光纤为传输链路的光互连技术越来越成熟,近些年来光纤传输数据向着传输速度高、传输量大、传输损耗小的方向发展,光互连技术也以不可逆转之势迅速占领市场,垂直腔面发射激光器作为光纤传输链路的光源也受到越来越多的关注。垂直腔面发射激光器是一种新型的半导体激光器,激光出射方向垂直于谐振腔表面,具有体积小、低功耗、低阈值电流、高温度稳定性、高速调制、输出光斑近圆形易于光纤耦合、易于集成等优点。随着光互联、光通信对高带宽,低功耗的需求,高性能垂直腔面发射激光器成为该领域的主流光源,所以优化垂直腔面发射激光器性能,提高其调制速度和调制带宽,降低功耗,具有重要意义。本论文的主要内容围绕垂直腔面发射激光器的制备工艺以及激光器的性能优化展开,性能优化主要依托相关理论对激光器的相关性能进行了理论模拟分析。本论文的具体研究内容如下:首先,本文简单介绍了垂直腔面发射激光器的研究背景及意义,并对垂直腔面发射激光器的研究进展做了一些总结,根据这些总结了得出一些优化垂直腔面发射激光器的方法,另外对垂直腔面发射激光器的应用做了简单介绍...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 VCSEL的简介
    1.2 高速VCSEL的研究背景
    1.3 高速VCSEL的研究进展及现状
        1.3.1 VCSEL在调制速度和高温特性方面的发展
        1.3.2 VCSEL在长波长领域的研究进展
        1.3.3 VCSEL在高温和能量效率方面的研究现状
    1.4 高速VCSELs的研究困难及未来的发展方向
    1.5 本论文的研究工作
2 高速VCSELs的理论基础
    2.1 垂直强面发射激光器的结构
    2.2 VCSEL的基本理论
        2.2.1 VCSEL的内部响应
        2.2.2 外部寄生响应
    2.3 高速VCSEL的基本特性
        2.3.1 分布式布拉格反射镜
        2.3.2 阈值增益
        2.3.3 光限制因子
        2.3.4 阈值电流密度
        2.3.5 纵模特性
        2.3.6 PAM4调制模式
    2.4 隧道结的理论基础
        2.4.1 PN结原理
        2.4.2 PN结的单向导电特性
        2.4.3 PN结的耗尽层宽度
    2.5 本章小结
3 VCSEL的制备
    3.1 外延生长技术
    3.2 光刻技术
    3.3 刻蚀技术
    3.4 薄膜生长工艺
    3.5 BCB平坦化工艺
        3.5.1 非光敏BCB工艺
        3.5.2 光敏BCB工艺
    3.6 VCSEL的制备
        3.6.1 制备垂直腔面发射激光器的工艺流程:
        3.6.2 各步骤工艺参数
        3.6.3 工艺注意事项
    3.7 实验失败工艺总结
    3.8 本章小结
4 高速VCSEL的热性能
    4.1 高速VCSEL的热性能分析及优化
    4.2 热性能的基本理论
        4.2.1 热阻的提取
        4.2.2 热性能对调制带宽的影响分析
        4.2.3 理论模型
    4.3 影响有源区温度的结果分析
        4.3.1 氧化孔径对有源区温度的影响
        4.3.2 氧化限制层的厚度对有源区温度的影响
        4.3.3 外部驱动电流对有源区温度的影响
        4.3.4 布拉格反射镜材料对有源区温度的影响
    4.4 本章小结
5 隧道结在VCSEL中的应用
    5.1 隧道结的特性
        5.1.1 隧道结的电流-电压特性
        5.1.2 隧道结的掺杂浓度
        5.1.3 隧道结的隧穿概率和隧穿电流
        5.1.4 隧道结耗尽层的宽度
    5.2 隧道结模拟结果与分析
        5.2.1 过渡层对隧道结耗尽层的影响
        5.2.2 隧道结的WKB参数和隧穿概率
        5.2.3 隧道结的电流特性
        5.2.4 隧道结耗尽层宽度
    5.3 本章小结
6 总结与展望
参考文献
致谢
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本文编号：3745063