论文部分内容阅读
激光器是光纤通信中非常重要的器件,这主要是由于激光器具有很好的方向性、高亮度以及单色性。发光中心波长在1.55μm的InAs/InP量子点激光器,在基础物理和新型光电子器件研究中都有着很重要的意义,目前为国内外研究的热点之一。本论文介绍了波长在1.55μm的InAs/InP量子点激光器在通信领域中的应用,利用气源分子束外延技术(GSMBE)在InP和GaAs衬底上生长了不同结构的量子点器件材料,制备出了不同脊条宽度和腔长的量子点激光器,并测试了表征激光器的各种性能参数。论文主要包括以下几个方面：1.概述了半导体激光器的国内外发展历程,介绍了低维半导体材料的能带结构。从低维材料的能带特性可以了解到量子点在制作光电器件性能上的优点。由于InAs/InP量子点激光器的激射中心波长涵盖1.55μm波段,在光纤通信领域有很大的应用潜力。2.通过优化器件结构设计和相关的工艺流程,成功制备了双沟道脊条宽度为6、8、10和12μm的量子点激光器。器件的绝缘保护材料是Si3Nx,厚度为250nm。上下电极材料分别是Ti/Pt/Au和Ge/Au/Ni/Au,n-InP材料的欧姆接触合金化温度是340℃。制备的器件可以在室温下连续工作。3.通过测量InAs/GaAs双异质结(DH)量子点激光器的Ⅰ-Ⅴ特性曲线,发现激光器的Ⅰ-Ⅴ特性曲线由两个特性不同的部分组成。在小电流的情况下,lnⅠ和外加电压Ⅴ呈现直线的关系。通过拟合lnⅠ和Ⅴ在不同温度下的曲线,就可以得到截距ln I0。lnⅠ0与温度近似于线性关系,可以通过斜率给出-Eg/κ,这样就可以计算GaAs量子点激光器的禁带宽度。然而,在大电流情况下,lnⅠ和Ⅴ的关系偏离线性关系,而Ⅰ-Ⅴ曲线却呈现出电阻的特性。针对上述现象,我们给出了导致其产生的原因。这些Ⅰ-Ⅴ曲线可以用于拟合温度电压系数,它是描述激光器结温的一个重要参量。4.当器件的腔长L=1.5mm时,激射中心波长在1578nm,随注入电流增加,发现激光器的激射波长出现双峰。针对双峰激光器远场光斑是否会受到模式的影响而出现高次模式的多光斑现象展开了研究。从理论和实验上证明了InAs/InP量子点激光器的模式是单横模式,仅有一个光斑,模式仅与腔长有关。这种光特性使得激光器的光斑更容易与光纤耦合用于通信领域。5.量子点激光器的光谱研究非常重要,因为通过它可以得到模式特征；光强在不同频率的分布；光谱可调谐范围；邻近量子点间的模式耦合等众多性质。激光器的光谱通常分为荧光光谱和激射发光光谱两个部分。通过发光光谱分析与研究得出了量子点光谱随着电流增加发生蓝移,InAs/GaAs量子电激光器蓝移速率大约是0.006nm/mA。随着温度的增加激射光谱发生红移,InAs/InP量子点激光器的红移速率是0.1035nm/K,并且给出了理论解释。最后介绍了单模量子点激光器中的光谱分裂现象,并给出了产生这种现象的可能原因,