InGaAsP/InP量子阱激光器的模型分析

摘要

半导体激光器是一种电致发光器件,自60年代被发明以来,得到了迅猛的发展.随着其新结构与新材料出现以及其器件功能的不断扩展,它在越来越多的领域得到了广泛的应用,如光通信、光存储、军事、生物等各方面,因此关于半导体激光器的有效应用也是一项值得研究的课题,有重要的现实意义.通常对于有半导体激光器应用的系统来说,激光器是此系统的关键部件,激光器本身的状态对于整个系统的性能有至关重要的影响,所以激光器与外围驱动电路作为一个体系来分析其性能特征是很有必要的,显而易见,对半导体激光器定模即构造其电路模型有助于其在系统中的有效应用.InGaAsP四元系长波长量子阱激光器是目前在高速光纤通信中应用最为广泛的一类激光源,构建其电路模型有助于完成光发射机的优化设计,这对于高质量的光通信传输系统有非常重要的意义.围绕以对此类激光器的定模为中心,该文的工作主要如下:1.对InGaAsP量子阱材料生长、测试及器件制作工艺作了详细的说明,InGaAsP四元系材料的MOCVD高质量生长需要调整很多参数如Ⅴ/Ⅲ、中断时间等;三种检测手段(x射线双晶、PL光荧光、ECV)能保证材料生长的质量;激光器的后续制作工艺如腐蚀、电极制备、解理等对器件的运作性能也有重要的影响.2.介绍了几个有特色的比较典型的半导体激光器的定模工作,它们是阈值以下的半导体激光器、双异质结半导体激光器及多模半导体激光器,主要了解激光器定模的原理、方法及一些处理技巧,对后面量子阱激光器的定模起一个向导作用.3.详细说明了确定半导体激光器速率方程的一些重要参量的方法,如:载流子在三维SCH区的输运行为对激光器的调制特性有较大影响;量子阱对载流子的捕获是一个复杂的过程,文中给出了量子捕获时间的计算方法以及实验证明;多量子阱中载流子输运与分布也是相当复杂的问题,文中给出了隧穿时间与热发射时间的计算方法;光增益是关键的参量,它的解析式相当繁琐,由实验曲线拟合其较为简明的经验式,对定模工作是有利的.4.在已发表的二层电路模型基础上提出了三层模型,在所依据的参数基本相同的情况下,对模型进行模拟,并对所获的结果进行比较讨论.对G.Rossi提出的多量子阱激光器的电路模型进行了改造,考虑到模型的实用性,模型用多个分支电路来描述,以便在模拟时调整参数的设置相对容易,获得结果更快.另外,对InP系量子级串激光器的定模作了有特色的工作,得到了一些有价值的结论.

目录

第一章绪言

第二章InGaAsP/InP量子阱材料的生长、测试及器件制作工艺

2.1 InGaAsP/InP量子阱激光器的材料、结构与特性

2.2材料的MOCVD生长

2.3材料的测试与分析

2.4器件制作工艺

2.5小结

参考文献

第三章半导体激光器的发展及其定模

3.1半导体激光器的发展

3.2半导体激光器的定模

3.2.1阈值以下的半导体激光器的定模

3.2.2双异质结半导体激光器的定模

3.2.3多模半导体激光器的定模

3.3小结

参考文献

第四章InGaAsP/InP量子阱激光器的模型分析

4.1 InGaAsP/InP量子阱激光器的重要参量分析

4.1.1载流子在SCH区的输运与分布

4.1.2量子阱中的量子状态输运

4.1.3多量子阱中载流子的输运与分布

4.1.4量子阱激光器的光增益分析

4.2 InGaAsP/InP量子阱激光器的电路模型分析

4.2.1单量子阱激光器的电路模型分析

4.2.2多量子阱激光器的电路模型分析

4.2.3 InP系新型结构半导体激光器的电路模型分析

4.3高速量子阱激光器的设计

4.4小结

参考文献

结论

致谢

硕士期间完成的论文和科研项目

硕士学位论文授权书