高应变1.3μm GaInNAs量子阱脊型波导半导体激光器的研究

论文摘要

本文较为系统的介绍了GaInNAs应变量子阱材料在光增益、输出波长以及对温度的敏感性等方面的特性,并从理论上对其形成机制作了初步的探讨,对并入其中的N组分引起的反常弯曲系数成因给出了一定的解释。同时利用分子束外延(MBE)技术生长了InGaAsN量子阱半导体激光器材料,采用脉冲阳极氧化(PAO)工艺制作了脊型波导半导体激光器。并对其制作工艺进行系统介绍和研究。对该激光器进行的测试显示:其输出波长为1.31μm,阈值电流为18mA,阈值电流密度为360A/cm2,室温下连续工作时的最大功率为14mW,特征温度为135.1K,内量子效率76%。这些数据初步展现了GaInNAs应变量子阱材料所具有的优良特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 GAINNAS 半导体激光器的发展
• 1.2.1 半导体激光器的诞生和发展
• 1.2.2 GaInNAs 激光器的发展历史与研究现状
• 1.3 GAINNAS 半导体激光材料的特性概述
• 1.3.1 优良的温度稳定性
• 1.3.2 波长覆盖范围广
• 1.3.3 能与多种衬底匹配生长
• 1.4 GAINNAS 材料的应用前景
• 1.4.1 高特征温度1.3μm 和1.55μm 长波长半导体激光器
• 1.4.2 长波长垂直腔面发射激光器
• 1.5 本论文研究的主要工作
• 第二章 1.31ΜMGAINNAS 应变量子阱材料特性研究
• 2.1 量子阱半导体激光器的主要特性分析
• 2.1.1 超晶格量子阱材料概述
• 2.1.2 量子阱激光器的增益特性
• 2.1.3 量子阱激光器的阈值特性
• 2.1.4 量子阱激光器的输出特性
• 2.2 应变对量子阱材料特性的影响
• 2.2.1 超晶格量子阱中应变的引入
• 2.2.2 应变对能带结构的影响
• 2.2.3 压应变引起的能带结构变化对材料性能的影响
• 2.3 GAINNAS/GAAS 应变量子阱材料的特性
• 2.3.1 N 的并入对GaAs 材料产生的巨大能带弯曲
• 2.3.2 GaInNAs/GaAs 应变量子阱材料的光增益特性
• 2.3.3 GaInNAs/GaAs 应变量子阱激光材料的输出波长
• 2.3.4 GaInNAs/GaAs 应变量子阱材料的温度特性
• 2.3.5 GaInNAs 材料的晶格常数
• 第三章 1.31ΜM 应变量子阱GAINNAS 激光器的结构设计
• 3.1 激光器芯片的材料结构
• 3.2 谐振腔结构
• 3.2.1 腔长分析
• 3.2.2 横向波导
• 3.2.3 激光器的芯片尺寸
• 3.3 激光器的散热系统
• 3.4 激光器的完整装配结构
• 第四章 1.31ΜM GAINNAS 应变量子阱激光器的制作
• 4.1 GAINNAS 应变量子阱材料的生长
• 4.1.1 分子束外延（MBE）技术简介
• 4.1.2 应变量子阱临界厚度的计算
• 4.1.3 GaInNAs 材料的制备难点
• 4.1.4 MBE 系统生长高In 组分GaInNAs 单量子阱材料的过程
• 4.2 脊形波导的制作
• 4.3 脉冲阳极氧化工艺制备绝缘膜
• 4.4 欧姆接触层的制备工艺
• 4.4.1 欧姆接触层制备要求
• 4.4.2 欧姆接触层的材料选择
• 4.5 装片与内引线键合
• 4.5.1 芯片的装片烧结
• 4.5.2 内引线键合
• 第五章 1.31ΜM GAINNAS 应变量子阱激光器的特性评价
• 5.1 GAINNAS 应变单量子阱材料的特性测试
• 5.2 1.31ΜM GAINNAS 应变单量子阱激光器的特性
• 5.3 脉冲阳极氧化对激光器芯片结构的影响
• 结论
• 致谢
• 参考文献