1053nm超辐射发光二极管

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超辐射发光二极管是一种介于半导体激光器和发光二极管之间的新型光源,结合了两者各自的特点,具有相干长度短、光谱宽、输出功率高、工作稳定性好等工作特性,广泛应用于各种工程领域,有着巨大的发展潜力,近年来在国内外均有大量的研究和报导。1053nm发射波长的超辐射发光二极管是一种新型的半导体发光器件,在光学传感与测量、光学相干层析成像技术、激光器种子源等方面有着广阔的应用前景,目前国内尚没有同种器件的研制报导。对于应变量子阱超辐射发光二极管来说,如何在输出功率和光谱宽度两个方面进行选择是非常重要的,而这又与器件芯片外延层的结构设计和生长强烈相关。   本文对1053nm超辐射发光二极管的研究和制作进行了详细的论述。首先对量子阱结构的半导体发光理论进行了分析,通过应变量子阱理论进行计算,得到了最重要的有源区材料的结构与厚度,即材料选用In组分为0.35的InGaAs合金,厚度为5.5nm,并用金属有机化学气相外延技术(MOCVD)低温生长方法进行外延片生长,经过PL谱测试,确认得到了高质量的外延结构;讨论了芯片各个外延层的材料选择与设计,采用了渐变折射率分别限制异质结单量子阱结构,在有源区和渐变层之间加入了GaAs隔离层,限制层AlGaAs合金中Al的组分为0.65;然后,着重分析了影响超辐射发光二极管各种性能的参数,根据对脊波导的传输方式进行的分析和计算,基于计算机模拟软件,对不同情况下的脊波导结构与限制因子的关系进行了仿真及结果讨论,确定并优化了脊波导结构,设定脊高为0.5μm,包层厚度0.2μm,得到了质量较高的侧向限制;根据光学折射原理,设计了器件前后端面的ZrO2单层增透膜,获得了理想的透射系数,实现高比率单程增益;最后,对超辐射发光二极管芯片的工艺流程进行跟踪及优化,设计了重复性好的工艺流程,对器件的可靠性和失效原理进行了详细分析,制作出了合格的器件芯片。最终得到的超辐射发光二极管成品,在工作电流为150mA时,光谱中心波长为1052.6nm,光谱宽度为27.74nm,输出功率为4.4mW,与国外相同水平的器件参数接近,填补了国内空白。
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