【摘要】：具有獨(dú)特電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)的低維半導(dǎo)體材料,不但在基礎(chǔ)物理研究方面意義重大,而且廣泛應(yīng)用于光電子器件的制作。量子點(diǎn)激光器具有線寬窄、增益大、閾值低等優(yōu)點(diǎn),在通信領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。量子阱激光器具有頻率啁啾小、載流子利用率高、微分增益系數(shù)高等優(yōu)越性能,其中,Sb化物量子阱激光器在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷等方面應(yīng)用前景廣闊。因此,研究量子點(diǎn)和Sb化物量子阱激光器具有重要的意義。本論文主要研究了GaAs基InAs量子點(diǎn)激光器、Ge基InAs量子點(diǎn)激光器以及中紅外GaSb基InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器的性能,包括器件輸出特性、光譜調(diào)諧特性和特征溫度等。測試結(jié)果表明,GaAs基In As量子點(diǎn)激光器可以在光纖通信低損耗窗口1.3μm波段發(fā)光,Ge基InAs量子點(diǎn)激光器在1.2μm波段發(fā)光,GaSb基量子阱激光器可以工作在2.0μm波段。論文主要分為以下幾部分:1.介紹了分子束外延技術(shù),半導(dǎo)體激光器的基本工作原理、工藝制作和測試系統(tǒng)。2.對GaAs基InAs量子點(diǎn)激光器的輸出性能、光譜調(diào)諧特性以及器件特征溫度進(jìn)行了詳細(xì)的研究。實(shí)驗(yàn)測得GaAs基InAs量子點(diǎn)激光器激射光譜位于1.3μm附近,激光器的特征溫度為40K,輸出功率為30m W,器件性能隨溫度升高而降低。實(shí)現(xiàn)了在溫度、注入電流的變化下的器件激射波長的調(diào)諧。其中,電流調(diào)諧下激射波長變化范圍約為1315-1325nm,移動(dòng)了10 nm。溫度調(diào)諧下激射波長變化范圍約為1320-1332nm,移動(dòng)了12 nm。3.測量了Ge基In As量子點(diǎn)激光器特性,研究了激光器的輸出性能、光譜和器件的特征溫度,實(shí)驗(yàn)測得器件的發(fā)光波段為1.2μm,特征溫度為41K,輸出功率為16.7mW。比較了材料結(jié)構(gòu)相同的Ge基InAs量子點(diǎn)激光器和GaAs基InAs量子點(diǎn)激光器,通過性能測試對比,Ge基InAs量子點(diǎn)激光器的性能基本接近GaAs基In As量子點(diǎn)激光器,說明我們課題組已具備Ge基量子點(diǎn)材料生長和激光器制作水平。4.測量了GaSb基In GaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器的性能,實(shí)驗(yàn)測得激光器可以在2.0μm波段發(fā)光,擬合出無限腔長情況下激光器的閾值電流密度為135 A/cm~2,在CW模式下,測得器件內(nèi)量子效率為61.1%,內(nèi)部損耗為8.3 cm~(-1),斜效率為112 mW/A,輸出功率達(dá)到72 m W。同時(shí),還研究了器件的光譜調(diào)諧特性。其中,腔長調(diào)諧下波長紅移范圍為2023-2046nm,移動(dòng)了23nm。電流調(diào)諧下激射波長變化范圍為2038.7-2048.2 nm,移動(dòng)了9.5 nm。
【學(xué)位授予單位】：曲阜師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN248
【圖文】：

圖 1.1 載流子的能級填充用 III-V 族材料解理面形成激光器諧振腔（F-P 腔），設(shè)為 ，腔長為 L，兩腔面反射系數(shù)同為 R，則腔內(nèi)傳輸波 ： exp x

第二章 器件制備與測試方法比于其他材料生長技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：，溫度較低，能夠精確的控制材料生長過程表面均勻光滑。清潔度極高的環(huán)境下生長，能夠得到較好質(zhì)中，可以結(jié)合二次離子質(zhì)譜儀、AFM、Hall手段，實(shí)時(shí)對外延生長得到的材料進(jìn)行監(jiān)控

第二章 器件制備與測試方法FM) 層狀生長模式、Stranski-Krastonov (SK)混合生長模式。S自組裝量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。三類生長模式取決于襯底的溫度、率等因素。外延生長需要的源材料放置在各個(gè)類 Knudsen 束達(dá)到一定溫度，源材料就會蒸發(fā)形成束流。因?yàn)榱Ｗ拥钠骄允髟诘诌_(dá)襯底前不會與其他氣體粒子反應(yīng)。經(jīng)過脫氧處理的樣品架上并加熱至一定溫度以確保外延生長材料的晶體質(zhì)量）以束流的形式到達(dá)襯底表面時(shí)，會發(fā)生三種物理過程：在表學(xué)鍵被束縛、在表面遷移尋找能量更低的位置或者從表面脫附移會由于襯底表面的對稱性不同表現(xiàn)出明顯的不對稱性。原子發(fā)生與其他原子結(jié)合反應(yīng)、成核、在原子臺階處結(jié)合或在缺陷原子在臺階處的結(jié)合可以形成臺階生長模式。而原子的成核對構(gòu)的生長也尤為重要。另外，原子的遷移不僅發(fā)生在襯底表面移，這種現(xiàn)象將導(dǎo)致生長界面處的互擴(kuò)散。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2773153