高应变InGaAs量子阱激光器结构设计与研制

发布时间：2023-12-29 17:38

　　量子阱半导体激光器是一种极有发展前途的激光器,具有量子效应高、温度特性好、阈值电流密度低、输出功率大、寿命长等优点,广泛应用于工业、通信、国防军事、医疗保健等领域,成为光电子材料与器件领域国内外研究的重点。要获得长波长半导体激光器外延材料,则需要获得高质量的大应变InGaAs/GaAs量子阱材料。但是,高应变量子阱激光器要求有源区InGaAs含有较高的In组分,与衬底GaAs的失配较大,同时由于材料应变的累积,获得高质量的外延材料十分困难。本文在对半导体激光器波导结构理论分析的基础上,进一步探讨了高功率半导体激光器的结构参数和输出性能的关系,从半导体激光器结构设计、外延生长以及器件特性等方面,讨论了提高高应变半导体激光器输出特性的途径。主要的研究内容和成果如下:(1)采用数值仿真技术研究了高应变InGaAs量子阱结构对器件性能的影响,详细分析了带有模式扩展层量子阱激光器的中心波导层、扩展波导层和内限制层对激光器性能的影响。从理论上分析了模式扩展层对激光器阈值电流密度、限制因子、垂直发散角的影响。提出了采用宽波导、非对称波导结构降低激光器波导光损耗的方法,以及应用渐变异质结界面改善异质结...

【文章页数】：118 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文的目的和意义
    1.4 论文的主要内容
第2章 高应变量子阱激光器的理论基础
    2.1 引言
    2.2 In Ga As材料的基本特性
        2.2.1 物理特性和能带结构
        2.2.2 应变对材料特性的影响
    2.3 应变量子阱激光器的工作特性
        2.3.1 激射波长
        2.3.2 增益特性
        2.3.3 阈值电流密度特性
        2.3.4 偏振选择性
        2.3.5 温度特性
    2.4 生长理论与技术
        2.4.1 半导体材料的生长机理
        2.4.2 MOCVD的工作原理
        2.4.3 MOCVD设备简介
        2.4.4 MOCVD技术的发展
    2.5 发光原理与技术
    2.6 本章小结
第3章 高应变In Ga As量子阱激光器结构的优化设计
    3.1 引言
    3.2 仿真软件介绍
    3.3 仿真结果分析
        3.3.1 模式扩展层对发散角的影响
        3.3.2 波导结构对器件功率的影响
        3.3.3 腔长、台面宽度对器件特征参数的影响
    3.4 高应变In Ga As量子阱整体外延结构设计
        3.4.1 量子阱设计与参数计算
        3.4.2 In Ga As量子阱整体外延结构
    3.5 本章小结
第4章 高应变In Ga As量子阱的生长与测试
    4.1 引言
    4.2 实验设计
        4.2.1 实验设备和工艺
        4.2.2 实验步骤
    4.3 实验结果分析
        4.3.1 衬底偏向角对In Ga As量子阱发光特性的影响
        4.3.2 生长温度对In Ga As量子阱发光特性的影响
        4.3.3 生长速率对In Ga As量子阱发光特性的影响
        4.3.4 Ⅴ/Ⅲ比对In Ga As量子阱发光特性的影响
    4.4 高应变In Ga As量子阱的制备与性能测试
        4.4.1 量子阱表面形貌分析
        4.4.2 X射线衍射表征分析
        4.4.3 PL光谱分析
    4.5 本章小节
第5章 In Ga As量子阱激光器工艺研究与制备
    5.1 引言
    5.2 半导体激光器器件工艺流程
    5.3 半导体激光器真空解理与钝化技术的研究
        5.3.1 实验设计
        5.3.2 实验结果分析
    5.4 大功率半导体激光器腔面膜技术的研究
        5.4.1 激光对薄膜的破坏作用
        5.4.2 测量薄膜损伤阈值参数的方法
        5.4.3 半导体激光器腔面膜系设计
        5.4.4 制膜工艺对薄膜质量的影响
        5.4.5 半导体激光器腔面制备和性能分析
    5.5 器件测试结果分析
    5.6 本章小节
第6章 结论
    6.1 结论
    6.2 创新点
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
致谢



本文编号：3876139