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

  更多相關(guān)文章： 1.55μm 半導(dǎo)體激光器 InP/GaAs 異變外延 多量子阱 兩步法

【摘要】：近年來(lái),信息技術(shù)飛速發(fā)展,光纖通信系統(tǒng)面臨著新的挑戰(zhàn)。光纖通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)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(tǒng)的整體性能。光電集成(OEIC)技術(shù)把多個(gè)光電器件集成在一個(gè)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(tǒng)的整體性能,是人們目前關(guān)注的熱點(diǎn)。 在光纖通信系統(tǒng)中,半導(dǎo)體激光器是關(guān)鍵器件。在長(zhǎng)距離大容量的光纖通信系統(tǒng)中,石英光纖的低損耗的波長(zhǎng)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(lǐng)域的發(fā)展。GaAs系材料的電學(xué)性能優(yōu)良,電子集成(IC)技術(shù)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(jìn)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(guò)渡。 本論文工作以GaAs上InP集成為出發(fā)點(diǎn),重點(diǎn)圍繞GaAs襯底上集成1.55μm InP激光器的外延生長(zhǎng)和激光器的工藝制備和測(cè)試,進(jìn)行了深入的研究。論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1.利用MOCVD設(shè)備,探索了InGaAs/InGaAsP多量子阱激光器的外延生長(zhǎng)條件。通過(guò)對(duì)Zn源通入時(shí)間的控制,解決了Zn元素向有源區(qū)的擴(kuò)散問(wèn)題。在InP襯底上實(shí)現(xiàn)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(cè)試閾值電流為700mA,單邊斜率效率為0.15mw/mA。 2.實(shí)驗(yàn)研究了InP/GaAs的異變外延生長(zhǎng)。通過(guò)兩步法生長(zhǎng)方式,在GaAs襯底上生長(zhǎng)了高質(zhì)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(zhì)量。 3.利用兩步法,成功在GaAs寸底上生長(zhǎng)了InGaAsP激光器結(jié)構(gòu)。XRD測(cè)試結(jié)果顯示,多量子阱衍射峰清晰地在InP峰的兩側(cè)顯現(xiàn),電化學(xué)CV測(cè)試結(jié)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(cè)試結(jié)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(zhǎng)為500μm,P電極寬度為50μm。室溫下脈沖測(cè)試閾值電流為476mA,單邊斜率效率為0.15mW/mA;在電流為700mA時(shí),測(cè)試光譜峰值波長(zhǎng)為1549.5nm,半寬為4.9nm,垂直發(fā)散角為38°。在準(zhǔn)連續(xù)模式下連續(xù)工作2000小時(shí)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(zhǎng)為500μm,在室溫下實(shí)現(xiàn)連續(xù)激射,閾值電流密度為2kA/cm2,在1.1倍的閾值電流時(shí),激光光譜的峰值波長(zhǎng)為1548.7nm,半高寬為1.3nm。在10℃到60℃的特征溫度為65K。進(jìn)行老化測(cè)試顯示,1.1倍閾值電流的電流下測(cè)試500小時(shí),激光器的閾值電流變化40mA,加速老化測(cè)試結(jié)果顯示激光器的壽命為1400小時(shí)以上 6.研究了InGaAsP應(yīng)變補(bǔ)償量子阱結(jié)構(gòu),并且在GaAs襯底上首次實(shí)現(xiàn)了InGaAsP應(yīng)變補(bǔ)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(jié)構(gòu)電極寬度為50μm,腔長(zhǎng)為500μm,在室溫下實(shí)現(xiàn)了脈沖激射,閾值電流為1260mA。共面結(jié)構(gòu)激光電極寬度為12μm,腔長(zhǎng)為500μm,室溫下閩值電流為600mA左右。
【關(guān)鍵詞】：1.55μm 半導(dǎo)體激光器 InP/GaAs 異變外延 多量子阱 兩步法
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：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(jié)構(gòu)安排13-15
• 參考文獻(xiàn)15-16
• 第二章 GaAs基1.55μm激光器的研究進(jìn)展和激光器基本原理16-38
• 2.1 半導(dǎo)體激光器和光纖通信系統(tǒng)16-18
• 2.1.1 半導(dǎo)體激光器16-17
• 2.1.2 光纖通信系統(tǒng)17-18
• 2.2 InP/GaAs異變外延生長(zhǎng)18-19
• 2.3 GaAs基1.55μm波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器19-24
• 2.4 半導(dǎo)體激光器的基本理論24-33
• 2.4.1 半導(dǎo)體激光器的基本原理24-27
• 2.4.2 異質(zhì)結(jié)激光器27-33
• 本章小結(jié)33-34
• 參考文獻(xiàn)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(jī)化學(xué)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(jié)48-49
• 參考文獻(xiàn)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(diào)試和外延生長(zhǎng)50-63
• 4.1.1 生長(zhǎng)速度的調(diào)節(jié)52-53
• 4.1.2 三元材料In_xGa_(1-x)As組分調(diào)節(jié)53-55
• 4.1.3 四元材料In_(1-x)Ga_xAs_yP_(1-y)的調(diào)節(jié)55-59
• 4.1.4 量子阱區(qū)域調(diào)節(jié)59-60
• 4.1.5 摻雜調(diào)節(jié)60-63
• 4.2 外延晶片測(cè)試63-64
• 4.3 器件制備及性能測(cè)試64-66
• 4.3.1 器件制備64-65
• 4.3.2 性能測(cè)試65-66
• 4.4 1.55μm應(yīng)變補(bǔ)償量子阱的研究66-67
• 4.5 本章小結(jié)67-69
• 參考文獻(xiàn)69-70
• 第五章 InP/GaAs異變外延生長(zhǎng)的研究70-84
• 5.1 InP/GaAs異變外延生長(zhǎng)70-74
• 5.1.1 兩步法生長(zhǎng)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(cuò)分析74-77
• 5.2.1 位錯(cuò)的產(chǎn)生機(jī)制74-76
• 5.2.2 InP/GaAs異變外延生長(zhǎng)中穿透位錯(cuò)密度計(jì)算76-77
• 5.3 InP/GaAs緩沖層77-80
• 5.4 本章小結(jié)80-81
• 參考文獻(xiàn)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(zhǎng)及器件測(cè)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(cè)試84-89
• 6.1.2 GaAs基InGaAsP應(yīng)變補(bǔ)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(jié)構(gòu)及其制備91
• 6.2.2 性能測(cè)試分析91-95
• 6.3 共面寬接觸激光器95-98
• 6.3.1 材料生長(zhǎng)以及測(cè)試95-96
• 6.3.2 器件制備及測(cè)試96-98
• 6.3.3 共面GaAs基InGaAsP(應(yīng)變補(bǔ)償)激光器器件及性能測(cè)試98
• 6.4 異面脊波導(dǎo)激光器的嘗試98-100
• 6.5 本章小結(jié)100-101
• 參考文獻(xiàn)101-102
• 第七章 總結(jié)和展望102-104
• 致謝104-106
• 碩士期間發(fā)表論文106

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 邵永富,陳自姚,彭瑞伍;電化學(xué)C-V法測(cè)量半導(dǎo)體材料載流子濃度分布[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);1982年03期

2 王琦;任曉敏;熊德平;周靜;呂吉賀;黃輝;黃永清;蔡世偉;;InP/GaAs異質(zhì)外延及異變InGaAs光探測(cè)器制備[J];光電子.激光;2007年10期

3 劉紅兵;王琦;任曉敏;黃永清;;基于低溫In_xGa_(1-x)P組分漸變緩沖層的InP/GaAs異質(zhì)外延[J];光電子.激光;2009年07期

4 熊德平;任曉敏;王琦;周靜;舒?zhèn)?呂吉賀;蔡世偉;黃輝;黃永清;;Heteroepitaxial growth of InP/GaAs(100) by metalorganic chemical vapor deposition[J];Chinese Optics Letters;2007年07期

5 于興君，徐德治;應(yīng)變層超晶格晶格常數(shù)公式的證明[J];遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1994年04期

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本文編號(hào)：751150