由于半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有很強(qiáng)的三維量子限制效應(yīng),量子點(diǎn)（QD）激光器展現(xiàn)出低閾值電流、高調(diào)制速率、高溫度穩(wěn)定、低線寬增強(qiáng)因子和高抗反射等優(yōu)異性能,有望在未來(lái)高速光通信及高速光互連等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。同時(shí),量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)具有對(duì)位錯(cuò)不敏感的特性,使得量子點(diǎn)激光器成為實(shí)現(xiàn)硅光集成所迫切需求的高效光源強(qiáng)有力候選者。先簡(jiǎn)要綜述1.3μm半導(dǎo)體量子點(diǎn)激光器的研究進(jìn)展,再著重介紹GaAs基量子點(diǎn)激光器在閾值電流密度、溫度穩(wěn)定性、調(diào)制速率和抗反射特性等方面展示出的優(yōu)異特性,最后對(duì)在切斜Si襯底和Si（001）襯底上直接外延生長(zhǎng)的量子點(diǎn)激光器進(jìn)行介紹。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)激光. 2020,47(07)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：16 頁(yè)

【部分圖文】：

SK生長(zhǎng)模式示意圖

2018年,Lü等[26]提出了一種新型的量子點(diǎn)激光器摻雜方式,在量子點(diǎn)材料生長(zhǎng)過(guò)程中直接摻入Si原子,量子點(diǎn)激光器的閾值電流特性獲得了大幅度提升,這種直接摻Si的方式可有效鈍化量子點(diǎn)附近或內(nèi)部的非輻射復(fù)合中心,提高材料質(zhì)量,同時(shí)增加激光器載流子(電子)的填充。圖4為利用該方法制備的量子點(diǎn)激光器,其在連續(xù)電流注入下的閾值電流密度從167.3 A/cm2(對(duì)應(yīng)單層33.5 A/cm2)減小到71.6 A/cm2(對(duì)應(yīng)單層14.3 A/cm2),減幅超過(guò)50%,同時(shí),斜率效率也從0.28 W/A增加到0.42 W/A,增幅近40%[26]。此外,激光器的高溫工作特性也有一定改善。利用這一新型的摻雜方式進(jìn)一步優(yōu)化生長(zhǎng)條件,有望進(jìn)一步降低量子點(diǎn)激光器的閾值電流。3.2 高溫度穩(wěn)定

針對(duì)量子點(diǎn)激光器溫度穩(wěn)定性與理論結(jié)果相差較大的問(wèn)題,經(jīng)過(guò)對(duì)量子點(diǎn)能級(jí)的分析,Deppe等[28-31]提出了采用p型調(diào)制摻雜的方式來(lái)改進(jìn)量子點(diǎn)激光器的溫度穩(wěn)定性,該方法已成為目前獲得高溫度穩(wěn)定性量子點(diǎn)激光器最常用的方式。半導(dǎo)體量子點(diǎn)自身價(jià)帶空穴能級(jí)間隔(10 meV)小于室溫?zé)峒ぐl(fā)能級(jí)(25 meV),隨著溫度的升高,空穴將從基態(tài)不斷向更高能級(jí)的激發(fā)態(tài)躍遷,進(jìn)而降低載流子輻射復(fù)合幾率,導(dǎo)致激光器的增益隨著溫度的升高而明顯減小[32],如圖5所示。在量子點(diǎn)附近的勢(shì)壘層中進(jìn)行p型調(diào)制摻雜可為量子點(diǎn)價(jià)帶能級(jí)提供額外空穴,有效地抑制由熱激發(fā)引起的熱空穴能級(jí)展寬,從而保持量子點(diǎn)的零維特性。2002年,Deppe等[28]首次在有源區(qū)量子點(diǎn)附近引進(jìn)p型調(diào)制摻雜,使得激光器的T0達(dá)到213 K(0～81 ℃)并在161 ℃時(shí)仍能維持基態(tài)激射。2004年,Fathpour等[32]采用p型調(diào)制摻雜的方式在5～75 ℃溫度范圍內(nèi)獲得了T0為正無(wú)窮的高溫度穩(wěn)定性的量子點(diǎn)激光器,對(duì)應(yīng)的未摻雜量子點(diǎn)激光器的T0僅為69 K。此后,Ishida等[33]報(bào)道了在20～50 ℃溫度范圍內(nèi)T0為300 K的量子點(diǎn)激光器,其最高工作溫度可以達(dá)到90 ℃。

【參考文獻(xiàn)】：
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