1.55 μm短腔垂直腔面发射激光器的优化设计

设计了一种基于InP 衬底的1.55μm 短腔垂直腔面发射激光器(VCSEL),先从结构上对上下反射镜进行了优化设计,然后重点对谐振腔的腔长进行了优化,采用1λ短腔结构,用Matlab软件进行了仿真,结果表明:优化后的VCSEL器件的输出功率为2.22mW, 饱和松弛响应频率fR,sat为34.5GHz, 最大-3dB带宽为30.5GHz, 与目前此波段的最大带宽(19GHz)相比, 提高了约60%。     

980nm高功率垂直腔面发射激光器的理论分析

理论分析了980nm高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的器件特性与其分布布拉格反射镜(DBR)反射率的依赖关系,并计算了具有不同有源区直径的VCSEL的输出特性.分析了具有不同有源区直径的VCSEL在不同DBR反射率条件下的连续输出特性曲线,发现DBR反射率的改变会对有源区直径不同的VCSEL产生不同程度的影响.为了验证理论分析的结果,进行了器件测试实验.实验结果表明,有源区直径为500μm的VCSEL,当其N-DBR反射率分别为99.7%及99.2%时,在连续注入电流为6A时,其输出功率分别为2.01W和2.09W;而有源区直径为200μm的VCSEL,当N-DBR反射率为99.7%及99.2%时,连续注入电流为3A时,其输出功率分别为0.64W及1.12W.器件测试结果有效验证了理论分析的结论.     

GaN垂直腔面发射激光器研究进展

氮化镓(GaN)垂直腔面发射激光器(VCSEL)在近20年来获得了飞速发展,已成为下一代半导体激光器的研究热点。GaN是制造从紫外波段到绿色波段光电子器件的绝佳材料,而VCSEL具有阈值和发散角小、调制速率高,以及输出光束呈圆对称等特点。首先回顾了基于GaN的VCSEL的发展历史,简要介绍了它的主要应用方向;然后讨论了反射镜与谐振腔设计与制造中的关键问题;接着分析了三种不同结构的GaN VCSEL的散热机理,并分析讨论了优化散热的策略;最后介绍了基于GaN的蓝色、绿色和紫外VCSEL的研究进展及最新思路。     

GaSb基垂直腔面发射激光器P面反射镜优化设计

针对当前2. 0μm GaSb基垂直腔面发射激光器发展中由于传统的P面分布布拉格反射镜(P-DBRs)带来的高电阻和严重光吸收这一瓶颈问题,采用严格耦合波方法仿真设计了含高对比度亚波长光栅(HCG)的P面反射镜.实验结果表明,这种制备工艺简单的反射镜在2. 0μm中心波长附近,TM波入射时反射率超过99. 5%的高反射带宽为278 nm,反射率99. 9%以上的高反射带宽达到148 nm,完全能够满足VCSEL对谐振腔镜的要求,且能有效避免因异质外延等造成反射镜衍射特性劣化等问题.     

GaSb基垂直腔面发射激光器P面反射镜的优化设计

针对当前2μm GaSb基垂直腔面发射激光器发展中由于传统的P面分布布拉格反射镜（P-DBRs）带来的高电阻和严重光吸收这一瓶颈问题,采用严格耦合波方法仿真设计了含高对比度亚波长光栅（HCG）的P面反射镜。实验结果表明,这种制备工艺简单的反射镜在2μm 中心波长附近,TM波入射时反射率超过99.5%的高反射带宽为278nm,反射率99.9%以上的高反射带宽达到148nm,完全能够满足VCSEL对谐振腔镜的要求,且能有效避免因异质外延等造成反射镜衍射特性劣化等问题。     

垂直腔面发射激光器的氧化工艺研究

在垂直腔面发射激光器(VCSEL)中常用氧化物限制结构来对其进行电流和光场的限制.分别从氧化时间、氧化温度、氧化载气的气流量三方面讨论研究了它们对Al0.98Ga0.02As层氧化深度、氧化速率的影响.最后得到最佳氧化条件:氧化温度为422℃,氧化载气的气体流量为1.5 L/min,氧化速率为0.6μm/min.用在此最佳氧化条件下氧化的外延片制成VCSEL器件,室温下其阈值电流大约为1.8 mA,最大输出功率为7.96 mW.     

用银膜作反射镜的垂直短腔面发射激光器

我们采用液相外延的方法，在ｎ－ＧａＡｓ衬底上生长分别限制单量子阶作为激光器的有源区．国内首次采用银膜作为垂直短腔面发射激光器的谐振腔的反射镜和欧姆接触电极．分别制作了底部和顶部出光的两种类型管子，在室温脉冲工作状态下，均已观察到激射．顶部出光管子阈值电流为４．５Ａ；底部出光管子阈值电流为３．８Ａ．激射波长为８７２．８ｎｍ，纵模间隔为１．９ｕｍ．同时还研究了不同银膜厚度在ＧａＡｓ界面上的反射率．     

垂直腔面发射激光器DBR的生长优化

基于能带理论和分布布拉格反射镜(DBR)的工作原理,分析了垂直腔面发射激光器(VCSEL)中DBR串联电阻较大的原因。采用组分渐变降低DBR结构中异质结界面处势垒,优化DBR的各层掺杂浓度,通过调控费米能级进一步降低DBR中的异质结势垒,从而有效降低DBR串联电阻。实验采用Al_(0.22)Ga_(0.78)As/Al_(0.9)Ga_(0.1)As作为生长DBR的两种材料,设计了DBR各层厚度,研究了AlGaAs材料的最佳生长温度,利用MOCVD外延技术完成了795nm VCSEL突变DBR与渐变DBR的生长。经过工艺制备,测得突变DBR和渐变DBR的电阻分别为6.6和5.3Ω,优化生长后的DBR电阻得到有效降低。     

808nm InGaAlAs垂直腔面发射激光器的结构设计

为实现垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)在808 nm波长的激射,对VCSEL芯片的整体结构进行了设计。基于应变量子阱的能带理论、固体模型理论、克龙尼克-潘纳模型和光学传输矩阵方法,计算了压应变InGaAlAs量子阱的带隙、带阶、量子化子能级以及分布布拉格反射镜(DBR)的反射谱,从而确定了量子阱的组分、厚度以及反射镜的对数。数值模拟的结果表明,阱宽为6 nm的In0.14Ga0.74Al0.12As/Al0.3Ga0.7As量子阱,在室温下激射波长在800 nm左右,其峰值材料增益在工作温度下达到4000 cm-1;渐变层为20 nm的Al0.9Ga0.1As/Al0.2Ga0.8As DBR,出光p面为23对时反射率为99.57%,全反射n面为39.5对时反射率为99.94%。设计的顶发射VCSEL结构通过光电集成专业软件(PICS3D)验证,得到室温下的光谱中心波长在800 nm处,证实了结构设计的正确性。     

垂直腔面发射微腔激光器

介绍垂直腔面发射激光器(VCSEL)的结构、特点、性能、应用以及最新进展，并对当前要解决的关键问题进行了论述。     

垂直腔面发射激光器光谱特性的实验研究

垂直腔面发射激光器（VCSEL）的偏振光随着电流的不同，出光的方向会发生变化。VCSEL注入电流在大于阈值时由于在谐振腔中存在微小的各向异性，使得光谱的单色性大大降低，这可能会导致VCSEL通信网络质量的下降，这就要求我们在设计和生长VCSEL时尽量减小腔内的各向异性。我们利用一套实验装置，在不同的注入电流下测量了VCSEL偏振光的光谱，从中得出VCSEL的一些光谱特性。     

垂直腔面发射激光器DBR结构参数的优化设计

采用光学传递矩阵法 ,研究了生长偏差对分布布拉格反射 (DBR)结构反射特性的影响 ,并探讨了两种DBR结构改进方案。结果表明 ,周期厚度偏差将使DBR反射谱发生较大偏移 ,在相位匹配条件下减小高折射层厚度可以降低DBR吸收损耗、提高反射率 ,反向改变顶层和底层DBR周期厚度可以提高垂直腔面发射激光器边模抑制比     

垂直腔面发射激光器及其进展

1　引　　言　　光电子技术在网络、存储器等方面的应用与多媒体信息社会的发展息息相关 ,对信息社会的发展始终起着至关重要的作用。在世界范围内的信息基础设施配置中 ,人们对以光纤通信为代表的光电子技术寄予厚望。瞬间传送处理图像等大规模信息技术愈益重要 ,在并行传递空间信息的超并行光传输系统、连接多台计算机或LSI芯片的并行光互连及光并行信息处理系统中 ,新兴的并行光电子技术起主导作用。要实现充分利用光的并行性的系统 ,大规模地进行二维集成化的并行光器件十分重要。为适应这种需求 ,人们开始探索一种新型结构的半导体激…     

高光束质量新型垂直腔面发射激光器阵列

报道了一种具有新型排列方式的垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)阵列.通过调制阵列中各单元直径以及单元间距,得到1 kW/cm2的高功率密度和高斯远场分布,且在工作电流0～6 A内远场发散角均小于20°.阵列山直径分别为200 μm,150 μm和100 μm成中心对称分布的5个单元组成,单元圆心间距分别为250μm和200μm.在室温连续工作条件下.阵列在注入电流4 A时达最大输出功率880 mw,斜率效率为0.3 W/A,具有0.56 A的低阈值电流,微分电阻0.09 Ω.与具有相同出光面积的4×4二维阵列相比,这种新型阵列在出光功率、阈值电流、光谱特性及远场分布等方面均具有优越性.模拟了阵列各单元叠加后的近场远场光强分布,结果表明得到的新型阵列的远场分布与实验结果吻合较好.     

垂直腔面发射激光器温度特性的研究

借助于SV232低温恒温器及LD2002C5 VCSEL测试系统,对内腔接触式氧化物限制型垂直腔面发射激光器进行了变温实验研究,测得在- 10℃～70℃温度范围内,器件输出光功率、电压、斜率效率、发射波长和阈值电流随温度变化的实验曲线,并结合不同温度下VCSEL反射谱和增益谱的模拟结果,对实验曲线进行了很好的分析和解释。估算了连续工作状态下研制的InGaAs/GaAs垂直腔面发射激光器内部温升值,而且还得到了现有工艺条件下满足最低室温工作阈值的谐振腔谐振波长与增益谱峰值波长。     

垂直外腔面发射激光器抽运脉冲的优化设计

采用脉冲抽运方式可显著改善光抽运垂直外腔面发射半导体激光器的热效应,大幅度提升激光器的输出功率。用有限元方法数值求解瞬态传热方程,得到激光器中温度升高的最大值随抽运脉冲的变化规律。讨论了抽运光脉冲宽度范围的选择,分析了抽运脉冲重复频率对激光器中温度升高最大值的影响作用,对抽运脉冲的时间宽度进行了优化设计。结果表明,对于基质去除型的InGaAs量子阱垂直外腔面发射激光器,抽运光脉冲的宽度介于1～10μs时,激光器中最大温升值即明显下降;同时,抽运脉冲的重复频率应限制在50kHz以内,以满足脉冲间隔大于激光器热弛豫时间的要求,否则激光器中会产生热量的积聚,增加最大温升值。     

光泵浦垂直外腔面发射激光器的结构优化设计

实验中发现,传统结构的光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器,随着泵浦功率密度的增加,器件的温升现象严重.这是由于传统结构中,势垒和量子阱间小的带隙差造成的.为了解决温升问题,采用PICS3D软件对传统结构进行优化设计.在吸收层中引入对泵浦光和激射光透明的AIGaAs层,提高对量子阱中的载流子的限制作用.计算结果表明,在增益和自发发射特性上,优化后的结构都有了很大提高.     

双面键合长波长垂直腔面发射激光器的制备与分析

研制了双面键合长波长垂直腔面发射激光器(VCSEL),有效克服了传统外延生长方法存在的诸多难题通过对布拉格反射镜、有源区和光学腔的设计,结合键合技术进行工艺设计,于国内首次研制出双面键合长波长VCSEL,并分别采用光泵浦和电泵浦对其进行了测试与分析,测试结果表明结构及工艺设计是合理的,两次键合后的界面可以承受腐蚀、剥离、氧化等后工艺,且键合界面光、电性能良好,未对激光器性质造成明显的不良影响,器件激射波长约为1 273.6 nm,脉冲条件下表现出动态单纵模特性,在仪器测试范围内,20 μm尺寸的器件常温连续工作条件下的最大输出功率为0.16 mW.但P-I曲线的扭折说明器件仍旧存在着较大的热、电阻,需在后续的材料生长及键合技术中进一步优化.     

垂直腔面发射激光器

The development and application of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) are summarized in this paper. The emphasis is focused on the high power single and 2-D arrays bottom-emitting VCSELs with a wavelength of 980nm. A distinguished device performance is achieved. The maximum continuous-wave (CW) output power of large aperture single devices with active diameters up to 500μm is as high as 1.95W at room temperature, which is to our knowledge the highest value reported for a single device. Size dependence of the output power, the threshold current and the differential resistance are discussed. A 16 elements array with 200μm aperture size (250μm center spacing) of individual elements shows a CW output power of 1.32W at room temperature.     

高光束质量大功率垂直腔面发射激光器

采用新型多环形腔结构优化垂直腔面发射激光器（VCSEL）的光场分布,解决了大孔径器件严重的载流子聚集效应导致的输出功率低、光束质量差的问题。研究结果表明：新型结构VCSEL较孔径相同的传统结构器件呈现更低的阈值电流,特别是输出功率较传统结构提高了近56%,且远场呈高斯分布。研究工作为实现高光束质量大功率垂直腔面发射激光器提供了新的技术途径。