AlGaInAs/InP多量子阱激光器的量子阱数的优化
发布时间：2021-04-04 05:08
为了研制符合"国家863"项目要求的,满足高线性大功率直接调制应变多量子阱半导体激光器,对AlGaInAs/InP应变多量子阱激光器的有源区的量子阱数及芯片生长工艺进行了研究。根据求解速率方程组、计算载流子浓度分布,分析瞬态过程和稳态过程,得出理论最优阱数,再在最优阱数下对比不同温度下的激光器的各项性能指标,得出最佳温度值。基于ALDS软件模拟建立了AlGaInAs/InP仿真模型,模拟结构输入、材料求解、阈值分析、性能计算等。讨论了不同量子阱个数、不同温度对器件稳态、大小信号、噪声等的影响。结果表明,当阱组分为Al0.24Ga0.23In0.53As,阱宽为3.3nm,垒宽为8.1nm,阱数为10,温度为25℃,本激光器各项性能指标均为最优,阈值电流达13.40mA,输出功率为5.6mW。
【文章来源】：激光杂志. 2017,38(09)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
量子阱个数与阈值电流之间的关系
阱数多到一定的数量后，吸收层能有效吸收的电子特别少，当泵浦光走到增益区尽头时，能被吸收的光也特别少，这些量子阱也无法按需攻击光增益，同时光损耗也不断的增大，导致阈值电流又逐渐提高［15］。不同于计算所得的线性关系的结论，当阱的数量增多时，阈值电流Ith会逐渐的变校然而并非是量子阱数量越多越有优势，一方面是由于当前制作多量子阱的工艺过程比较复杂，另一方面是由于量子阱数量的增大，有源区的总厚度变大，从而降低光限制系数，进而导致阈值电流的增大。图1量子阱个数与阈值电流之间的关系图2量子阱个数与平均增益之间的关系图2表示多量子阱半导体激光器平均增益与量子阱数量的关系，平均增益是由电子和空穴在量子阱中发生复合所产生的。理论上激光器增益与电流密度关系是线性的［16］，增益和带宽相互制约，为了获得大宽带激光器发射芯片，需要低增益。当阱数为10时，量子阱增益最大，模拟结果与理论吻合。实际上现在很多设计中讨论了线宽展宽因子α，利用增益来推算多量子阱激光器的α因子。图3量子阱个数与SMSＲ之间的关系图3表示SMSＲ与量子阱数量的关系，设计的多量子阱激光器SMSＲ均大于40dB。由图示曲线能明显观测出，多量子阱激光器的SMSＲ是跟量子阱数量有关的。当量子阱数量不断增多时，激光器的SMSＲ会先降低再增多，在阱数为10的状态下，SMSＲ达到最低值。图4量子阱个数与功率之间的关系图4表示功率与量子阱数量的关系。根据图中曲线可以观测到，当量子阱数量不断增多时，激光器的输出功率也会不断增大，阱数目为10时，输出功率达到峰值，这与阈值电流的变化是一致的，也可以看出当量子阱数继续增大后，能带倾斜严重，即使量子阱有源区能够近乎完全的限制空穴，然而电子还是会
性辞?淖芎穸缺浯螅?佣?降低光限制系数，进而导致阈值电流的增大。图1量子阱个数与阈值电流之间的关系图2量子阱个数与平均增益之间的关系图2表示多量子阱半导体激光器平均增益与量子阱数量的关系，平均增益是由电子和空穴在量子阱中发生复合所产生的。理论上激光器增益与电流密度关系是线性的［16］，增益和带宽相互制约，为了获得大宽带激光器发射芯片，需要低增益。当阱数为10时，量子阱增益最大，模拟结果与理论吻合。实际上现在很多设计中讨论了线宽展宽因子α，利用增益来推算多量子阱激光器的α因子。图3量子阱个数与SMSＲ之间的关系图3表示SMSＲ与量子阱数量的关系，设计的多量子阱激光器SMSＲ均大于40dB。由图示曲线能明显观测出，多量子阱激光器的SMSＲ是跟量子阱数量有关的。当量子阱数量不断增多时，激光器的SMSＲ会先降低再增多，在阱数为10的状态下，SMSＲ达到最低值。图4量子阱个数与功率之间的关系图4表示功率与量子阱数量的关系。根据图中曲线可以观测到，当量子阱数量不断增多时，激光器的输出功率也会不断增大，阱数目为10时，输出功率达到峰值，这与阈值电流的变化是一致的，也可以看出当量子阱数继续增大后，能带倾斜严重，即使量子阱有源区能够近乎完全的限制空穴，然而电子还是会有极大的泄漏，极化现象的不断增多累积，会使得载流子波函数的重合降低，复合率下降，功率降低［17］。因此可以观测到，量子阱数目为10时，是最优量子阱数量。图5量子阱个数与平均载流子浓度之间的关系图5表示透明载流子浓度与量子阱数量的关系。根据图中曲线可以看出平均载流子浓度的大小与量子阱的数量之间也有着密切的关系［18］，会随着阱数目的不断增大而先变大后变小，在阱数量为10时，平均载流
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fabrication and optimization of 1.55-μm InGaAsP/InP high-power semiconductor diode laser[J]. 柯青,谭少阳,刘松涛,陆丹,张瑞康,王圩,吉晨. Journal of Semiconductors. 2015(09)
[2]High power 2-μm room-temperature continuous-wave operation of GaSb-based strained quantum-well lasers[J]. 徐云,王永宾,张宇,宋国峰,陈良惠. Chinese Physics B. 2013(09)
[3]六方系InAlGaN晶体的长波长光学声子研究（英文）[J]. 陈贵楚,范广涵. 发光学报. 2012(08)
[4]Littrow型光栅外腔半导体激光器的输出特性分析[J]. 雷平顺,薛力芳,何军,曾华林,付跃刚,周燕. 激光与光电子学进展. 2011(03)
[5]外腔反馈半导体激光器的损耗和阈值特性研究[J]. 刘崇,葛剑虹,陈军. 中国激光. 2004(12)
本文编号：3117787
【文章来源】：激光杂志. 2017,38(09)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
量子阱个数与阈值电流之间的关系
阱数多到一定的数量后，吸收层能有效吸收的电子特别少，当泵浦光走到增益区尽头时，能被吸收的光也特别少，这些量子阱也无法按需攻击光增益，同时光损耗也不断的增大，导致阈值电流又逐渐提高［15］。不同于计算所得的线性关系的结论，当阱的数量增多时，阈值电流Ith会逐渐的变校然而并非是量子阱数量越多越有优势，一方面是由于当前制作多量子阱的工艺过程比较复杂，另一方面是由于量子阱数量的增大，有源区的总厚度变大，从而降低光限制系数，进而导致阈值电流的增大。图1量子阱个数与阈值电流之间的关系图2量子阱个数与平均增益之间的关系图2表示多量子阱半导体激光器平均增益与量子阱数量的关系，平均增益是由电子和空穴在量子阱中发生复合所产生的。理论上激光器增益与电流密度关系是线性的［16］，增益和带宽相互制约，为了获得大宽带激光器发射芯片，需要低增益。当阱数为10时，量子阱增益最大，模拟结果与理论吻合。实际上现在很多设计中讨论了线宽展宽因子α，利用增益来推算多量子阱激光器的α因子。图3量子阱个数与SMSＲ之间的关系图3表示SMSＲ与量子阱数量的关系，设计的多量子阱激光器SMSＲ均大于40dB。由图示曲线能明显观测出，多量子阱激光器的SMSＲ是跟量子阱数量有关的。当量子阱数量不断增多时，激光器的SMSＲ会先降低再增多，在阱数为10的状态下，SMSＲ达到最低值。图4量子阱个数与功率之间的关系图4表示功率与量子阱数量的关系。根据图中曲线可以观测到，当量子阱数量不断增多时，激光器的输出功率也会不断增大，阱数目为10时，输出功率达到峰值，这与阈值电流的变化是一致的，也可以看出当量子阱数继续增大后，能带倾斜严重，即使量子阱有源区能够近乎完全的限制空穴，然而电子还是会
性辞?淖芎穸缺浯螅?佣?降低光限制系数，进而导致阈值电流的增大。图1量子阱个数与阈值电流之间的关系图2量子阱个数与平均增益之间的关系图2表示多量子阱半导体激光器平均增益与量子阱数量的关系，平均增益是由电子和空穴在量子阱中发生复合所产生的。理论上激光器增益与电流密度关系是线性的［16］，增益和带宽相互制约，为了获得大宽带激光器发射芯片，需要低增益。当阱数为10时，量子阱增益最大，模拟结果与理论吻合。实际上现在很多设计中讨论了线宽展宽因子α，利用增益来推算多量子阱激光器的α因子。图3量子阱个数与SMSＲ之间的关系图3表示SMSＲ与量子阱数量的关系，设计的多量子阱激光器SMSＲ均大于40dB。由图示曲线能明显观测出，多量子阱激光器的SMSＲ是跟量子阱数量有关的。当量子阱数量不断增多时，激光器的SMSＲ会先降低再增多，在阱数为10的状态下，SMSＲ达到最低值。图4量子阱个数与功率之间的关系图4表示功率与量子阱数量的关系。根据图中曲线可以观测到，当量子阱数量不断增多时，激光器的输出功率也会不断增大，阱数目为10时，输出功率达到峰值，这与阈值电流的变化是一致的，也可以看出当量子阱数继续增大后，能带倾斜严重，即使量子阱有源区能够近乎完全的限制空穴，然而电子还是会有极大的泄漏，极化现象的不断增多累积，会使得载流子波函数的重合降低，复合率下降，功率降低［17］。因此可以观测到，量子阱数目为10时，是最优量子阱数量。图5量子阱个数与平均载流子浓度之间的关系图5表示透明载流子浓度与量子阱数量的关系。根据图中曲线可以看出平均载流子浓度的大小与量子阱的数量之间也有着密切的关系［18］，会随着阱数目的不断增大而先变大后变小，在阱数量为10时，平均载流
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fabrication and optimization of 1.55-μm InGaAsP/InP high-power semiconductor diode laser[J]. 柯青,谭少阳,刘松涛,陆丹,张瑞康,王圩,吉晨. Journal of Semiconductors. 2015(09)
[2]High power 2-μm room-temperature continuous-wave operation of GaSb-based strained quantum-well lasers[J]. 徐云,王永宾,张宇,宋国峰,陈良惠. Chinese Physics B. 2013(09)
[3]六方系InAlGaN晶体的长波长光学声子研究（英文）[J]. 陈贵楚,范广涵. 发光学报. 2012(08)
[4]Littrow型光栅外腔半导体激光器的输出特性分析[J]. 雷平顺,薛力芳,何军,曾华林,付跃刚,周燕. 激光与光电子学进展. 2011(03)
[5]外腔反馈半导体激光器的损耗和阈值特性研究[J]. 刘崇,葛剑虹,陈军. 中国激光. 2004(12)
本文编号：3117787
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