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简析激光器GaAs基近红外半导体激光器的设计、生长和制备毕业设计论文网
固定的外延结构上优化了掺杂分布,外延生长的808nm器件材料损耗降低到2cm-1;通过优化渐变宽波导大光腔结构增多了横向方式尺寸,使得器件发散角以43°降低到32°,同时腔面损伤功率提升;计算了不同方式的限制因子随波导结构的变化,设计折射率非对称分布的横向外延层结构,在保证低阶方式激射的条件下有效减少了载流子泄露提升了量子
摘要:经历了数十年的进展,GaAs基近红外半导体激光器的制造技术不断成熟化,器件性能不断提升,与此同时人们对近红外半导体激光器的需求也在多样化。国内半导体激光器探讨在最近十年取得了长足的进步但仍然显著落后于国外,其问题主要表现在高性能激光器外延结构的设计和材料生长方面。本论文针对高功率近红外边发射激光器(EEL)和铷原子钟专用795nm垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的性能要求,以材料生长与器件损耗、波导结构与功率、量子阱增益与腔模等方面提出了系列优化案例并对出相应器件性能进行了分析。高功率边发射激光器的功率限制因素主要在于电光转换效率和腔面损伤阈值。激光器外延层结构直接决定了器件内部损耗、光学增益、量子效率、光斑横向尺寸(方式分布),由此外延层结构优化是边发射激光器功率提升的关键所在。本论文在固定的外延结构上优化了掺杂分布,外延生长的808nm器件材料损耗降低到2cm-1;通过优化渐变宽波导大光腔结构增多了横向方式尺寸,使得器件发散角以43°降低到32°,同时腔面损伤功率提升;计算了不同方式的限制因子随波导结构的变化,设计折射率非对称分布的横向外延层结构,在保证低阶方式激射的条件下有效减少了载流子泄露提升了量子效率。实验制备的未镀膜两面出光的815nm器件单边出光斜率效率达到0.59W/A,镀膜后效率达到1.1W/A,未封装器件准连续电流下可达到7W。用于微型化铷原子钟的高温工作794.7nm VCSEL在功耗、光谱性能和器件封装等方面的需求均比普通VCSEL苛刻得多。本论文采取Pics3D软件设计了基于InAlGaAs应变量子阱的794.7nmVCSEL,通过优化量子阱光学增益和设计高温匹配的增益峰值与腔模,尺寸为3μm的优化结构器件可在80oC下工作,2.4mA电流下输出功率超过1mW,调制带宽超过10GHz。在材料生长方面,采取低速生长和界面钝化的办法抑制了界面In原子扩散,得到高质量的InAlGaAs应变多量子阱,光致发光谱半宽仅为13nm;采取行星旋转方式生长了自主设计的795nm VCSEL外延结构,2英寸GaAs外延片中腔模波长范围为792.5-788nm,整片均匀性低于1%。采取湿法腐蚀和选择性氧化工艺制作的大口径(75μm-95μm)795nm器件在室温下功率超过15mW,在52oC环境下的激射光谱为794.7nm,对应铷原子钟跃迁能级中心,器

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