1.05μm高速寬帶激光器研究

1、望378112摘要‘.，本文對1.054pLm寬帶激光器組件的研制過程進(jìn)行了論述。在對量子阱和應(yīng)變量子阱的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、臨界厚度、光譜線寬和調(diào)制帶寬進(jìn)行理論分析基礎(chǔ)上，重點(diǎn)討論了器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料參數(shù)設(shè)計(jì)，特別是波長的計(jì)算和對波長的控制，并在現(xiàn)有的設(shè)備條件下，設(shè)計(jì)了工藝流程，重點(diǎn)分析了器件的脊形制作、歐姆接觸和燒結(jié)壓焊工藝，對工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，最后分析了器件的可靠性，給出了器件的主要特性及分析。該器件結(jié)構(gòu)采用InGaAsGaAs

2、梯度折射率分別限制(GRINSCH)脊形波導(dǎo)(RWG)應(yīng)變單量子阱。有源層In組分x為0.35阱厚風(fēng)為5.5nm。包層Al組分Y為。.65W度0.45tmo脊形波導(dǎo)條寬3Lm，高0.5pmo光電參數(shù)為:波長1.054gm士。.001Jim，輸出功率大于0.5mW，光譜寬度小于2nm調(diào)制帶寬大于3GHz。該器件填補(bǔ)了國內(nèi)空白。關(guān)鍵詞:應(yīng)變量子阱InGaAsGaAs分別限制結(jié)構(gòu)脊形波導(dǎo)輸出波長扭譜線寬了調(diào)制帶寬，、’第1章緒論1.1引言由于

3、半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高、可直接調(diào)制、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，己成為光纖通信、光纖傳感、光盤存儲(chǔ)、激光打印和固體激光器泵浦、光纖放大器泵浦等中不可替代的重要光源。加上其工藝與集成電路工藝兼容，便于與其它器件實(shí)現(xiàn)集成，因此在光電子集成(OEIC)和光子集成(PIC)中也有廣泛用途。在早期異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器和量子阱激光器的研究中，人們通常都選用晶格匹配材料，以減少晶格失配及由此引起的應(yīng)變和位錯(cuò)。一般都是利用三元、四元化合物來獲得兩

4、種晶格常數(shù)的匹配，即常用GaAsGaAIAs.InPInGaAsP系，其波長范圍分別為0.780.9m和1.31.55tm。但是，這種晶格匹配的要求限制了激射波長的拓展八十年代以來，由于吸取了半導(dǎo)體物理研究的新成果，同時(shí)品體外延生長新〔藝如分子束外延(MBE)、金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積(MOCVD)和化學(xué)束外延(CBE)已生長出高質(zhì)量的應(yīng)變超晶格和量子阱，擴(kuò)展了用于器件設(shè)計(jì)的材料系的選擇。由于新的外延生長工藝能夠精確控制晶體生長厚度達(dá)到原子

5、層的精度，而且不同材料交替生長時(shí)具有平整陡峭的界面，界面態(tài)密度很低，這就使人們能夠利用“能帶I.程”人為地改變結(jié)構(gòu)參數(shù)以獲得所需要的量子阱、超品格材料，從而優(yōu)化器件的性能。量子阱激光器中窄帶隙的有源區(qū)材料其厚度小于電子在該材料中的德布羅意波長(一般小于1Onm一20nm)，這時(shí)有源區(qū)就成了勢阱區(qū)，兩側(cè)的寬帶隙材料成為勢壘區(qū)。勢阱中的電子和空穴沿垂直阱壁方向的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)量子化特點(diǎn)，電子的狀態(tài)密度也變?yōu)轭愲A梯狀。這時(shí)只需要很小的注入電流就可以

6、達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。因此，量子阱激光器具有很低的閡值電流和高微分增益，同時(shí)激光器中電子與光子的禍合時(shí)間更短，具有更好的高速調(diào)制特性。應(yīng)變量子阱激光器是在量子阱激光器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型器件，在應(yīng)變量子阱激光器中，形成阱和壘的兩種材料的品格常數(shù)有一定的失配，從而產(chǎn)生一定的張應(yīng)變或壓應(yīng)變。當(dāng)有源層厚度小于彈性形變的臨界厚度(一般為1Onm)時(shí)，在平行界面的方向上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)統(tǒng)一的平衡晶格常數(shù)。利用這個(gè)內(nèi)建應(yīng)力可改變能帶結(jié)構(gòu)從而提高星子阱激光