本文關鍵詞：基于大失配外延GaAs基InGaAsP激光器材料生長和器件的研究

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【摘要】：近年來,信息技術飛速發(fā)展,光纖通信系統面臨著新的挑戰(zhàn)。光纖通信系統中的數據收發(fā)和處理模塊包含大量的光電子器件,光電子器件的性能直接影響光纖通信系統的整體性能。光電集成(OEIC)技術把多個光電器件集成在一個芯片上,不僅可以使得器件更加微小化,而且還能降低整體的功耗,提升光纖通信系統的整體性能,是人們目前關注的熱點。 在光纖通信系統中,半導體激光器是關鍵器件。在長距離大容量的光纖通信系統中,石英光纖的低損耗的波長窗口為1.55μm,因此1.55μm激光器顯得尤為重要。目前,光通信用的激光器多為InP基的InGaAsP激光器。InP系材料的單位面積成本居高不下,并且InP系材料的電子集成芯片(IC)發(fā)展不夠成熟,限制了其在某些領域的發(fā)展。GaAs系材料的電學性能優(yōu)良,電子集成(IC)技術更為成熟。在GaAs襯底上集成InP器件不僅可以有效的解決InP材料的不足,促進光電集成(OEIC)的發(fā)展,而且也是InP材料向Si上集成的重要過渡。 本論文工作以GaAs上InP集成為出發(fā)點,重點圍繞GaAs襯底上集成1.55μm InP激光器的外延生長和激光器的工藝制備和測試,進行了深入的研究。論文的主要研究內容和創(chuàng)新點如下： 1.利用MOCVD設備,探索了InGaAs/InGaAsP多量子阱激光器的外延生長條件。通過對Zn源通入時間的控制,解決了Zn元素向有源區(qū)的擴散問題。在InP襯底上實現了InGaAs/InGaAsP多量子阱激光器,制備出了200×500μ m2條形寬接觸激光器,室溫下脈沖條件下測試閾值電流為700mA,單邊斜率效率為0.15mw/mA。 2.實驗研究了InP/GaAs的異變外延生長。通過兩步法生長方式,在GaAs襯底上生長了高質量的InP外延層。利用超晶格和循環(huán)退火,提升外延層的晶格質量。 3.利用兩步法,成功在GaAs寸底上生長了InGaAsP激光器結構。XRD測試結果顯示,多量子阱衍射峰清晰地在InP峰的兩側顯現,電化學CV測試結果顯示,p區(qū)和n區(qū)的摻雜濃度均勻,摻雜濃度可以穩(wěn)定在1×1018cm-3左右。原子力顯微鏡測試結果顯示10×10μm2區(qū)域的粗糙度的均方根為1.39nm。 4.成功制備出了GaAs基InGaAsP條形寬接觸激光器,器件腔長為500μm,P電極寬度為50μm。室溫下脈沖測試閾值電流為476mA,單邊斜率效率為0.15mW/mA;在電流為700mA時,測試光譜峰值波長為1549.5nm,半寬為4.9nm,垂直發(fā)散角為38°。在準連續(xù)模式下連續(xù)工作2000小時以上 5.成功制備出GaAs基InGaAsP寬條激光器,其中條寬為30微米,腔長為500μm,在室溫下實現連續(xù)激射,閾值電流密度為2kA/cm2,在1.1倍的閾值電流時,激光光譜的峰值波長為1548.7nm,半高寬為1.3nm。在10℃到60℃的特征溫度為65K。進行老化測試顯示,1.1倍閾值電流的電流下測試500小時,激光器的閾值電流變化40mA,加速老化測試結果顯示激光器的壽命為1400小時以上 6.研究了InGaAsP應變補償量子阱結構,并且在GaAs襯底上首次實現了InGaAsP應變補償多量子阱激光器,成功制備出寬接觸條形激光器。其中異面結構電極寬度為50μm,腔長為500μm,在室溫下實現了脈沖激射,閾值電流為1260mA。共面結構激光電極寬度為12μm,腔長為500μm,室溫下閩值電流為600mA左右。
【關鍵詞】：1.55μm 半導體激光器 InP/GaAs 異變外延 多量子阱 兩步法
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN248;TN929.11
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-12
• 第一章 緒論12-16
• 1.1 研究背景和意義12-13
• 1.2 論文結構安排13-15
• 參考文獻15-16
• 第二章 GaAs基1.55μm激光器的研究進展和激光器基本原理16-38
• 2.1 半導體激光器和光纖通信系統16-18
• 2.1.1 半導體激光器16-17
• 2.1.2 光纖通信系統17-18
• 2.2 InP/GaAs異變外延生長18-19
• 2.3 GaAs基1.55μm波長半導體激光器19-24
• 2.4 半導體激光器的基本理論24-33
• 2.4.1 半導體激光器的基本原理24-27
• 2.4.2 異質結激光器27-33
• 本章小結33-34
• 參考文獻34-38
• 第三章 外延材料的制備方法和表征手段38-50
• 3.1 金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)38-41
• 3.2 材料性能表征手段41-48
• 3.2.1 X射線衍射(XRD)41-44
• 3.2.2 光致熒光(PL)44-45
• 3.2.3 原子力顯微鏡(AFM)45-46
• 3.2.4 ECV46-47
• 3.2.5 其他表征手段47-48
• 3.3 本章小結48-49
• 參考文獻49-50
• 第四章 InP基1.55μm InGaAsP多量子阱激光器50-70
• 4.1 InGaAs/InGaAsP多量子阱激光器的調試和外延生長50-63
• 4.1.1 生長速度的調節(jié)52-53
• 4.1.2 三元材料In_xGa_(1-x)As組分調節(jié)53-55
• 4.1.3 四元材料In_(1-x)Ga_xAs_yP_(1-y)的調節(jié)55-59
• 4.1.4 量子阱區(qū)域調節(jié)59-60
• 4.1.5 摻雜調節(jié)60-63
• 4.2 外延晶片測試63-64
• 4.3 器件制備及性能測試64-66
• 4.3.1 器件制備64-65
• 4.3.2 性能測試65-66
• 4.4 1.55μm應變補償量子阱的研究66-67
• 4.5 本章小結67-69
• 參考文獻69-70
• 第五章 InP/GaAs異變外延生長的研究70-84
• 5.1 InP/GaAs異變外延生長70-74
• 5.1.1 兩步法生長70-72
• 5.1.2 超晶格和循環(huán)退火72-74
• 5.2 InP/GaAs異變外延低溫緩沖層的位錯分析74-77
• 5.2.1 位錯的產生機制74-76
• 5.2.2 InP/GaAs異變外延生長中穿透位錯密度計算76-77
• 5.3 InP/GaAs緩沖層77-80
• 5.4 本章小結80-81
• 參考文獻81-84
• 第六章 GaAs基1.55μmInGaAsP多量子阱激光器84-102
• 6.1 異面寬接觸條形激光器材料生長及器件測試(脈沖激射)84-91
• 6.1.1 GaAs基InGaAsP F-P腔激光器器件及性能測試84-89
• 6.1.2 GaAs基InGaAsP應變補償量子阱激光器89-91
• 6.2 異面寬條激光器(室溫連續(xù)激射)91-95
• 6.2.1 器件結構及其制備91
• 6.2.2 性能測試分析91-95
• 6.3 共面寬接觸激光器95-98
• 6.3.1 材料生長以及測試95-96
• 6.3.2 器件制備及測試96-98
• 6.3.3 共面GaAs基InGaAsP(應變補償)激光器器件及性能測試98
• 6.4 異面脊波導激光器的嘗試98-100
• 6.5 本章小結100-101
• 參考文獻101-102
• 第七章 總結和展望102-104
• 致謝104-106
• 碩士期間發(fā)表論文106

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前5條

1 邵永富,陳自姚,彭瑞伍;電化學C-V法測量半導體材料載流子濃度分布[J];半導體學報;1982年03期

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本文編號：751150