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0.87μm脉冲半导体激光器研究

作　者: 廖柯
导　师: 刘永智
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 应变量子阱 InGaAlAs/GaAs量子阱激光器 梯度折射率分别限制 叠层迭代法
分类号: TN248.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要


0.84～0.90μm波段的脉冲半导体激光器可用于激光测距、激光引信、短途通信等系统，随着系统可移动、小型化的迅速发展，如何降低作为系统光源的半导体激光器的阀值电流密度，提高其微分量子效率和输出功率等成为主要的研究课题，传统的液相外延工艺制作的体材料激光器已不能满足要求，而量子阱结构的采用可改进器件的许多特性：在量子阱激光器中，由于它的极薄的有源层和各向异性的光传输矩阵元使其更容易实现单TE基横模和侧模；在极大地降低阀值电流密度方面有了最为成功的改进；GaA1As／GaAs量子阱激光器由于具有阶梯态密度，其T0大于200K，大约是双异质结激光器的两倍，量子阱激光器已实现了高的功率输出。工艺较为成熟的GaA1As／GaAs量子阱结构激光器的发射波长主要在0.78～0.81μm范围，这类器件在低阀值电流密度，微分量子效率和可靠性等方面仍存在一定局限，针对这些问题，我们进行了0.87μm脉冲半导体激光器的研究。 本文较为深入地论述了0.87μm脉冲半导体激光器的研制过程。其中对量子阱的限制态、态密度和限制态的集居数等进行了理论分析，采用叠层迭代法和扩展抛物近似对GRIN-SCH-SQW中的光限制因子、波导模式、模折射率、远场角等也进行了有益的推导和计算。对器件参数设计、结构设计，以及材料生长、欧姆接触、端面镀膜等工艺进行了重点讨论。在对激光器的主要参数如光增益、应变层的厚度、激射波长、阈值电流密度、输出功率等分析和计算的基础上，优化了器件结构参数和工艺参数，该器件结构采用InGaA1As／GaAs梯度折射率分别限制（GRIN-SCH）脊形波导应变单量子阱。有源层In组分为0.13，A1组分为0.09，阱宽dw为8nm。包层A1组分为0.60，厚度为1.5μm，脊形波导条宽300μm,高0.9μm，腔长1000μm。获得了波长0.87±0.03μm,脉冲功率大于30W（I=10A，f=100kHz，τ=50ns），光谱宽度小于4nm的器件。最后分析了器件的可靠性，给出了器件的主要特性参数和曲线。该器件性能参数达到项目设计要求。 对于0.87±0.03μm波段的大功率激光器，目前，这种高重复频率列阵结构，尚未查到国内外有关资料报道。在国内，作者首次对0.87±0.03μm波长梯度折射率分别限制（CRIN-SCH）脊形波导InGaA1As／GaAs应变单量子阱激光器的材料参数、结构参数进行了设计；并研究出0.87μm脉冲半导体激光器；摸索出了目前条件较佳的端面镀膜工艺参数；P面加固的新工艺的采用，既降低了欧姆接触电阻，又满足了压焊的要求，提高了器件的成品率。

全文目录


中文摘要  4-5
英文摘要  5-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-13
  1．1 前言  8-12
  1．2 我们的主要工作  12-13
第二章 激光器结构选择和理论分析  13-45
  2．1 激光器结构选择  13-15
  2．2 理论分析  15-37
    2．2．1 量子阱中的限制态  15-19
    2．2．2 在量子阱中的态密度  19-20
    2．2．3 限制态上的集居数  20-24
    2．2．4 GRIN-SCH-SQW中其限制和模式行为  24-37
      2．2．4．1 限制因子和折射率分布  24-25
      2．2．4．2 模折射率和近场图  25-30
      2．2．4．3 远场图和远场角  30
      2．2．4．4 数值结果  30-37
  2．3 应变层In（1-（?）-（?））Ga_（?）Al_（?）As／GaAs激光器的主要参数计算  37-45
    2．3．1 晶格失配与应变及对能带结构的影响  37-39
    2．3．2 应变层生长的临界厚度  39
    2．3．3 激射波长  39-40
    2．3．4 光增益系数  40-41
    2．3．5 各层中之吸收系数（除有源层和波导层）  41-42
    2．3．6 阈值电流密度  42-43
    2．3．7 光谱线宽  43-44
    2．3．8 输出功率  44-45
第三章 器件设计  45-50
  3．1 量子阱材料设计  45-48
    3．1．1 有源层In（1-（?）-（?））Ga_（?）Al_（?）As组分和阱宽的选择  45-46
    3．1．2 波导层设计  46
    3．1．3 包层组分和厚度的选择  46
    3．1．4 缓冲层的设计  46-47
    3．1．5 顶层设计  47
    3．1．6 芯片材料参数  47-48
  3．2 管芯结构设计  48-50
    3．2．1 电流注入条形的设计  48
    3．2．2 激光器端面非对称膜设计  48-49
    3．2．3 管芯结构及芯片组装  49-50
    3．2．4 激光器封装设计  50
第四章 工艺设计与管芯制作  50-57
  4．1 工艺设计  50-52
    4．1．1 工艺流程设计  50-51
    4．1．2 工艺要求  51-52
  4．2 关键工艺  52-57
    4．2．1 低压MOCVD生长  52-54
    4．2．2 脊形波导的制作  54
    4．2．3 欧姆接触工艺  54-55
    4．2．4 端面镀膜工艺  55-56
    4．2．5 烧焊  56-57
第五章 可靠性考虑  57-59
  5．1 退化机理  57-58
  5．2 可靠性保证  58-59
第六章 主要性能参数和特性曲线  59-64
  6．1 外延片质量检测  59-62
  6．2 器件性能参数和特性曲线  62-64
结束语  64-68
致谢  68
个人简历、在学期间的研究成果及发表的论文  68

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器 > 半导体激光器
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