【摘要】：垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)是一種低成本、高速率和低功耗的有源半導(dǎo)體器件,有著較邊發(fā)射激光器更為優(yōu)良的特性,包括:閾值電流低、高功率、圓形出光孔、可在片測試、易于形成二維陣列等優(yōu)點,在光通信、光存儲、光信息處理等方面有著廣泛的應(yīng)用。VCSEL諧振腔長度很短,具有動態(tài)單縱模的特性,但器件橫向尺寸很大,通常工作在多橫模狀態(tài)下,限制了它在微定位導(dǎo)航系統(tǒng)、芯片原子鐘、激光打印、醫(yī)療診斷、激光探測等領(lǐng)域的應(yīng)用。對于傳統(tǒng)VCSEL來說,氧化孔徑大于5μm時器件就不能單模工作,而高功率又需要較大的孔徑。表面浮雕結(jié)構(gòu)VCSEL和亞波長光柵結(jié)構(gòu)VCSEL可以實現(xiàn)在大孔徑下的單橫模輸出。表面浮雕結(jié)構(gòu)是在VCSEL的上分布布拉格反射鏡(DBR)表面或是反相層表面刻蝕出一定深度,可增加某些模式的損耗,達(dá)到模式選擇的作用。以往報道的表面浮雕結(jié)構(gòu)VCSEL基本是基橫模激射,本文將環(huán)形腔與表面浮雕進(jìn)行結(jié)合,形成環(huán)形腔倒置表面浮雕結(jié)構(gòu)VCSEL,實現(xiàn)了單高階橫模激射。亞波長光柵結(jié)構(gòu)(HCG)具有高折射率差和模式選擇的作用,利用HCG取代傳統(tǒng)DBR組成HCG-VCSEL,可實現(xiàn)基橫模激射,本文研究了2μm HCG-VCSEL。主要研究結(jié)果如下:1研究并設(shè)計了環(huán)形腔倒置表面浮雕結(jié)構(gòu)850nm VCSEL,并用PICS3D軟件進(jìn)行模擬。結(jié)果顯示,室溫下,閾值電流為3.2mA,總的輸出功率高達(dá)18.2mW,最大單高階模輸出功率為15.2mW,占總輸出能量的84%;遠(yuǎn)場發(fā)散角小于4.5°,近場模式表現(xiàn)為單高階模激射;具有良好溫度穩(wěn)定性,在T=450K,仍存在一定輸出功率。表現(xiàn)出了比同類器件更為優(yōu)良的性能。2對倒置表面浮雕結(jié)構(gòu)VCSEL進(jìn)行了制備并對器件進(jìn)行了測試,測試結(jié)果顯示,室溫下,最高輸出功率為9.8mW,閾值電流為5mA;在驅(qū)動電流為2倍閾值電流時,仍然表現(xiàn)出良好的單模特性,SMSR≥25dB;具有良好的溫度穩(wěn)定性,在T=360K時,仍有4mW的輸出功率;遠(yuǎn)場發(fā)散角小于7°。3研究并設(shè)計了2μm GaSb-HCG-VCSEL,用FDTD軟件對其進(jìn)行模擬仿真,結(jié)果顯示,有源增益區(qū)被放置在反波節(jié)處,滿足與光場強(qiáng)度最大程度的交疊,達(dá)到了最大的模式增益,在n++InAs/p++GaSb隧道結(jié)孔徑為30μm的大孔徑下實現(xiàn)了基橫模激射,且單模特性良好,光譜中心波長為1.99945μm,光譜半峰寬約為0.05nm,閾值電流為1.8mA,當(dāng)驅(qū)動電流達(dá)到15mA時,總的輸出功率高達(dá)6.98mW,閾值電壓約為為0.5V,斜率效率為55%,微分串聯(lián)電阻約為100?,小于同類型的器件的電阻。
【圖文】：

VCSEL的最初構(gòu)想圖

因此，850nm 單模 VCSEL 被廣泛應(yīng)用于激光鼠標(biāo)上。幾年單模 VCSEL 因其具有分辨率高、識別能力強(qiáng)等優(yōu)點，越來越多應(yīng)用、虹膜識別、AR 技術(shù)等新興領(lǐng)域。上，，單模 VCSEL 因其具有較高的光束質(zhì)量，使得其在光學(xué)傳感、自由空體檢測、激光測距等方面有廣泛的應(yīng)用前景，因此，使 VCSEL 工作在單模究 VCSEL 熱點問題。單橫模 VCSEL 結(jié)構(gòu)現(xiàn)單模 VCSEL 可以采用以下幾種結(jié)構(gòu)：. 小孔徑 VCSEL
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN248

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2632326