MOCVD生長量子阱激光器材料及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、大功率半導(dǎo)體量子阱激光器是一種性能優(yōu)越的發(fā)光器件,具有壽命長、閾值電流密度低、效率高、亮度高以及良好的單色性、相干性、方向性等特點,廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)加工、通信及信息處理、醫(yī)療保健等領(lǐng)域.材料的外延生長是整個激光器器件制作的基礎(chǔ),對器件的光學(xué)和電學(xué)性能有著重要的影響,生長不出優(yōu)質(zhì)的材料體系,獲得高性能的器件就無從談起,因此,材料的外延生長便成為了整個半導(dǎo)體激光器制作過程之中的重中之重.MOCVD外延生長技術(shù)是目前發(fā)展水平較為成熟、外延

2、質(zhì)量較高的一種外延生長方法,對MOCVD技術(shù)的研究也成為了國內(nèi)外研究的重點.目前,中國電子科技集團第十三研究所光電專業(yè)部擁有具有世界先進水平的AIXTRON-2000型MOCVD外延生長設(shè)備,并且在量子阱激光器的研究中獲得過大量的研究成果,有著豐富的實踐經(jīng)驗,因此,保證了對MOCVD外延技術(shù)研究的理論及實驗條件.本文對發(fā)光波長為940nm的量子阱激光器材料結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計,采用分別限制異質(zhì)單量子阱(SCH-SQW)結(jié)構(gòu)、In<,0.15>

3、Ga<,0.85>As量子阱,阱寬經(jīng)計算得80A.然后在不同的有源區(qū)生長溫度、Ⅴ/Ⅲ比、摻雜方式及濃度情況下對激光器材料進行外延生長,并利用光熒光(PL)技術(shù)對不同生長條件下外延材料的光致發(fā)光特性進行了測試對比,結(jié)果表明在下列條件下生長出來的材料具有更好的光學(xué)和電學(xué)性能:有源區(qū)生長溫度在700°C、波導(dǎo)層Ⅴ/Ⅲ比選擇為60、n型波導(dǎo)漸變摻雜190sccm-590sccm的SiH<,4>、p型波導(dǎo)漸變摻雜90sccm-490sccm的DM

4、Zn.另外本文還對光波導(dǎo)模式理論進行了理論分析和計算,得到了量子阱激光器光場分布的波動方程,利用逐步逼近的方法推導(dǎo)出了遠場分布的數(shù)值模型,通過計算機軟件模擬出了激光器遠近場分布圖,并利用模式擴展層對光場的限制作用得到了窄遠場發(fā)散角(約為21°)的量子阱激光器材料結(jié)構(gòu).對于本文中采用的分別限制單量子阱發(fā)光波長940nm半導(dǎo)體激光器的波導(dǎo)結(jié)構(gòu),利用該理論方法進行模擬對比后,得到當(dāng)波導(dǎo)層Al組分為0.25寬度為150nm時遠場發(fā)散角為35.8