半導體微腔的設計與實現(xiàn).pdf

1、近年來，隨著現(xiàn)代超薄層材料生長技術(以分子束外延MBE和金屬有機化合物氣相沉積MOCVD等技術為典型代表)和各種超精細加工技術的發(fā)展，小尺度半導體微腔(Semiconductor Microcavity)的研究引起人們的濃厚興趣。尤其是1992年Weisbuch等人首先在半導體平面微腔中觀察到光與激子強耦合相互作用引起的Rabi分裂后，半導體微腔越來越受到人們的關注，它適用于很多光通訊領域的器件，如激光器、光學濾波器、光波分復用器、光開

2、關、光調制器以及非線性頻率轉換器等。本文對半導體微腔的基本原理和理論進行了介紹，主要工作是設計出基于砷化鎵鋁材料，低溫10K下諧振波長在800nm，腔長為5λ的半導體微腔，通過對實際生長微腔的常溫和低溫的反射譜的測量和仿真模擬，確定低溫下腔結構三種材料的折射率系數，精度高達百分之一。 首先，本文對微腔激光器研究背景，發(fā)展現(xiàn)狀及幾種結構特點進行了簡要介紹。并介紹了微腔激光器的理論基礎——腔量子電動力學。詳細闡述了微腔中的自發(fā)輻射現(xiàn)

3、象，Rabi振蕩，微腔極化激元等。同時介紹了微腔物理最新進展如玻色愛因斯坦凝聚，極化激元激光等。 其次，詳細介紹了微腔的重要參數、設計理論和方法。包括在半導體器件設計中具有重要地位的傳播矩陣法，計算半導體材料折射率的Sellmeier方程，垂直腔面發(fā)射激光器的基本結構，多層DBR的有效反射率的分析等。 由于目前沒有砷化鎵鋁材料在低溫10K下波長800nm左右的可靠折射率實驗數據可供參考，我們從理論估算的低溫折射率出發(fā)，運

4、用傳播矩陣法設計諧振波長在800nm，腔長為5λ的半導體平面微腔，通過對微腔中存在的影響激光器品質因子的各種效應進行了分析，并就此對微腔激光器的設計進行了優(yōu)化。 最后，對生長的樣品進行了常溫和低溫的反射譜測量，并進行一系列的仿真模擬，對實驗結果進行擬和，確定了低溫下800nm左右，三種材料的折射率系數，精度高達百分之一。 本文的研究在微腔激光器的設計，半導體材料低溫下折射率系數的確定等方面做了一些工作，為以后微腔激光器的