超辐射发光二极管(SLD)是一种让自发辐射的光子在给定腔体中传播时受增益增大(以内部单程增益为特征)的光发射器件,其光学性质介于激光器(LD)和发光二极管(LED)之间,具有光谱宽、相干性弱、功率大、效率高等优点,因此,将1053nm波段SLD应用于惯性约束聚变(ICF)等高能激光系统时,可望获得体积小、受激布里渊散射(SBS)阈值高、光谱输出稳定、调制方便的种子光源。同时,此波段不易被水吸收与色散,在光学相干层析技术(OCT)、光学传感与测量等低相干测试领域也有着广泛的应用前景。1053 nm波段SLD一般采用InGa As/Ga As量子阱作为有源层。由于In组分高,导致InGaAs/Ga As晶格失配大,InGaAs阱层极易由2D层状生长转变为3D岛状生长,严重影响SLD的性能;同时,SLD以自发辐射发光为主,载流子寿命偏长,自发辐射响应速度较慢,导致调制带宽较低,不能满足高速器件的需要;此外,为使后续光信号受到的影响小,希望SLD输出光谱稳定,而SLD输出的光谱呈高斯分布,峰值输出波长易受温度、电流等外部因素影响,因此,还需要研究影响SLD光谱稳定性的因素。为此,本文以制备基于大应变InGa As/Ga As量子阱结构的、高速的、输出光谱稳定的1053 nm SLD模块为目标,通过器件结构设计、量子阱外延材料制备工艺的优化、器件制作与封装等方面的工作,制备了大应变In0.34Ga0.66As/GaAs量子阱脊波导结构SLD模块,并对其发光性能、光谱稳定性、散热性能、器件可靠性等进行了研究,获得了发射波长1053.7 nm、调制带宽1.7 GHz、管芯输出6.5 mW的大功率、高速、光谱输出性能稳定的SLD器件,实现了预期目标。论文的主要研究内容与成果如下:1)为实现1053 nm发射波长,设计了量子阱厚度为5.5 nm的In0.34Ga0.66As/GaAs量子阱结构;并基于光场与载流子的限制、晶格匹配、热导率、电阻率、迁移率及提高电光转换效率等方面的分析,设计了波导层和包层材料,其中波导层为组分渐变的AlxGa1-xAs(x=0.2~0.5),厚度为0.2μm;包层材料为Al0.5Ga0.5As,厚度为1.3μm。2)为实现SLD管芯输出功率7 mW、光谱波纹小于0.2 dB,设计的脊波导结构为:脊宽4μm,剩余包层0.1~0.3μm,发光区长大于405μm,弯曲波导吸收区400μm。3)通过优化MOCVD的生长温度、生长速度、界面生长的中断时间及应变缓冲层,制备了高质量的In0.34Ga0.66As/Ga As量子阱。最优生长条件为:生长温度550°C、生长速度8.33?/s、中断时间3 s,采用In0.1Ga0.9As的应变缓冲层可以明显改善外延层界面质量。4)利用MOCVD生长的外延片,制作了宽条FP腔激光器,分析了阈值电流密度、外量子效率与腔长之间的关系,得出其内量子效率i?和内损耗i?分别为75.8%与4.1 cm-1。5)制作了脊波导结构SLD芯片,分析了发光区长度、脊波导腐蚀深度、P面电极面积及n-AlGaAs包层掺杂浓度等因素对调制带宽、输出功率及输出光谱的影响。综合考虑调制带宽、输出功率以及光谱特性等因素,确立了器件的最终制备条件:In0.34Ga0.66As/Ga As双量子阱脊波导结构,脊宽4μm,脊深1.5μm,发光区长700μm。该条件下研制的SLD器件,在100 mA、25℃下,管芯输出6.5 mW,单模光纤耦合输出2.5 mW,发射波长为1053.7 nm,3 dB光谱半宽24 nm,光谱波纹为0.15 dB,调制带宽为1.7 GHz。6)分析了SLD的输出光谱和输出功率随温度、电流的变化关系。发现:SLD的光谱波纹随温度的升高,以0.0048 dB/℃线性减小;连续与脉冲(3 KHz,10μs)100mA注入电流作用下,SLD模块波长的温度漂移系数分别为0.35 nm/℃和0.36nm/℃,说明SLD模块具有良好的散热特性;输出波长随注入电流的漂移系数为0.033 nm/mA,且对温度不敏感;SLD模块的热阻为47.81 K/W。最后对SLD模块进行了加速寿命老化实验,经过800小时的老化,没有出现突然失效或明显的衰减,表明其性能可靠。