【摘 要】
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水平谐振腔面发射分布反馈（Surface-Emitting Distributed Feedback,SE-DFB）半导体激光器因具有高光束质量、窄光谱线宽、波长稳定性好等显著优点,一直以来都是研究人员关注的热点之一。本文针对Ga As基水平谐振腔SE-DFB半导体激光器关键技术开展研究,主要思路是通过二阶光栅结构的设计、优化提高光栅的质量进而改善SE-DFB半导体激光器的光输出特性。主要研究内容
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水平谐振腔面发射分布反馈（Surface-Emitting Distributed Feedback,SE-DFB）半导体激光器因具有高光束质量、窄光谱线宽、波长稳定性好等显著优点,一直以来都是研究人员关注的热点之一。本文针对Ga As基水平谐振腔SE-DFB半导体激光器关键技术开展研究,主要思路是通过二阶光栅结构的设计、优化提高光栅的质量进而改善SE-DFB半导体激光器的光输出特性。主要研究内容如下:（1）二阶光栅结构参数的研究。为了准确锁定水平谐振腔SE-DFB半导体激光器激射波长以及提高器件光输出特性,分析了二阶光栅的结构参数（周期、占空比、刻蚀深度）对激光器输出特性的影响。为实现激光器出射波长在940 nm波段,最终确定周期为278 nm,占空比为0.4,刻蚀深度为280 nm的光栅参数。（2）二阶光栅形貌对光栅耦合系数的影响研究。为了优化二阶光栅结构参数,类比了不同形貌（矩形、梯形、三角形）光栅的耦合因子的大小,分析了二阶光栅形貌对光栅耦合系数的影响。通过对比不同形貌光栅的反射谱,探索了光栅形貌对光栅压窄线宽、选单纵模特性的影响。模拟了不同形貌光栅的水平谐振腔SE-DFB半导体激光器的边模抑制比、输出功率及斜率效率,得到矩形光栅SE-DFB半导体激光器光输出特性最佳的结论。（3）设计并优化水平谐振腔SE-DFB半导体激光器的外延结构。通过调节量子阱的材料、组分、厚度等参数获取激光器理想激射波长。设计了非对称波导结构实现光场偏置,使光场分布偏向有源区及波导层附近。采用脊形波导结构抑制侧向电流,降低激光器的阈值电流。利用Simu Pics3d软件模拟水平谐振腔SE-DFB半导体激光器外延结构,得到量子阱的光增益、外延结构的光场分布及电流分布。（4）器件制备与分析。针对模拟的矩形光栅SE-DFB半导体激光器参数,结合制备二阶光栅、脊形波导、电极和出光口等结构以及解理封装等工艺步骤,制备了激射波长940.3 nm的矩形光栅SE-DFB半导体激光器,线宽为0.52 nm,阈值电流为900m A,连续工作模式下输出功率为890 m W。
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