隧道再生多有源区垂直腔面发射激光器光学特性研究

文章对隧道再生两个有源区内腔接触式垂直腔面发射激光器(VCSEL)光学特进行了研究。主要包括:通过纵向光场分布模拟分析了驻波效应;测量得到了VCSEL外延片量子阱增益谱峰值波长、谐振腔谐振波长、分布布喇格反射器(DBR)反射谱中心波长及材料的生长厚度偏差等重要信息,并结合增益谱,对该外延片制备的器件不激射的原因进行了分析解释。此外,对该外延片边发射模式特性进行模拟计算,由于DBR结构的存在,此结构的光场强度分布明显不同于普通的边发射激光器,模拟得到的远场发散角与测量结果相吻合。     

894 nm高温工作氧化限制型基横模VCSEL研究

针对芯片原子钟（铯）用激光光源系统对垂直腔面发射激光器（VCSEL）模式及工作温度的需求,研制出可以高温工作的氧化限制型基横模 894.6 nm VCSEL。通过缩小VCSEL氧化孔直径至3 μm,限制VCSEL高阶横模激射,保证器件基横模低阈值电流工作。通过常温下腔模与材料增益失谐12 nm 的结构设计,使器件能够在50~65 ℃ 高温时,激射波长对准原子能级且工作模式稳定。实验所制备的VCSEL在工作温度为55 ℃、注入电流1.8 mA 时,激射波长达到 894.6 nm,边模抑制比（SMSR）大于35 dB,基横模功率为0.75 mW,具有11.4°的远场发射角。当温度为65 ℃时,器件SMSR大于25 dB,基横模功率大于0.1 mW。该高温基横模工作的VCSEL在芯片原子钟中具有重要的应用前景。     

795nm单模垂直腔面发射激光器

针对铷原予能级跃迁对光谱的特殊需求,设计并制备了795 nm单模垂直腔面发射激光器(VCSEL).根据对VCSEL的光场和模式的分析和计算结果,设计了单模VCSEL芯片结构.采用MOCVD技术生长了外延结构,制备了不同有源区直径的氧化限制型VCSEL芯片并进行了测试.当有源区直径从6 μm减小到3μm时,VCSEL芯片的边模抑制比(SMSR)由8.76 dB增加到34.05 dB,阈值电流由0.77 mA减小到0.35 mA.有源区直径为6,5,4和3μm的VCSEL芯片的输出功率分别为0.37,0.46,0.58和0.44 mW,有源区直径为4μm的VCSEL芯片的远场为圆形光束,发散角为15°.85℃时3.5 μm有源区直径的VCSEL芯片输出功率为0.125 mW,激射波长为795.3 nm.室温3 dB带宽大于8 GHz,满足了铷原子传感器对VCSEL单模光谱、输出功率及调制速率的要求.     

氧化限制结构940 nm垂直腔面发射激光器

为研究氧化限制结构孔径对940 nm垂直腔面发射激光器（VCSEL）特性的影响，制备了不同氧化孔径的940 nm VCSEL，并进行了测试分析。通过PICS3D软件对不同量子阱势垒材料的增益进行仿真计算，选取具有较高有源区材料增益的InGaAs/AlGaAs作为量子阱，并开展了增益-腔模失配设计。在设计优化的基础上，制备了6种氧化孔径的940 nm VCSEL，对其光电输出特性进行测试。结果表明：氧化孔径为4μm的VCSEL，室温下斜率效率为0.93 W/A，最大功率转换效率为40.1%；氧化孔径为7μm的VCSEL，室温下最大输出功率为12.24 mW；氧化孔径为2μm的VCSEL，室温下最大基横模功率为2.67 mW。该器件在2 mA连续驱动电流下，在10～80℃的范围内均可实现边模抑制比大于45 dB的基横模输出。     

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。     

隧道带间级联双波长可见光半导体激光器制备

利用金属有机物化学汽相淀积(MOCVD)一次外延生长了含有2个有源区的隧道带间级联双波长可见光半导体激光器(LD)材料。其隧道结为GaAs。2个有源区分别为AlGaAs单量子阱和GaInP多量子阱。SEM照片表明,材料生长质量良好。用生长的材料制备了双沟深腐蚀结构F P腔激光器。器件的阈值电流为177mA,未镀膜时的单面斜率效率为1.3W/A,远场为单瓣,垂直和水平方向的发散角分别为8°和34°。在输出光功率为100mW时,2个激射波长分别为699nm和795nm,与PL测试结果相一致。     

780nm InGaAsP/InGaP/AlGaAs高功率半导体激光器

采用MOCVD生长了InGaAsP/InGaP/AlGaAs材料系分别限制异质结构(SCH) 的高功率半导体激光器.对于厚度为10nm 的单量子阱,通过计算量子阱增益谱优化了器件的激射波长. 在室温下外延材料的荧光峰值波长为764nm,由于In原子的记忆效应(In carry-over effect)和As/P的替换作用使材料的InGaP/AlGaAs界面不陡峭,通过在InGaP/AlGaAs间长一层5nm的GaAsP大大改善了界面质量. 器件的阈值电流从界面改善前的560mA 减小到改善后的450mA, 斜率效率也从0.61W/A提高到了0.7W/A, 特别是单面最大输出功率已经从370mW 增加到了940mW,发生灾变性光学损伤时的工作电流已经由原来的1100mA 上升为1820mA.     

780nm InGaAsP/InGaP/AlGaAs高功率半导体激光器

采用MOCVD生长了InGaAsP/InGaP/AlGaAs材料系分别限制异质结构(SCH) 的高功率半导体激光器.对于厚度为10nm 的单量子阱,通过计算量子阱增益谱优化了器件的激射波长. 在室温下外延材料的荧光峰值波长为764nm,由于In原子的记忆效应(In carry-over effect)和As/P的替换作用使材料的InGaP/AlGaAs界面不陡峭,通过在InGaP/AlGaAs间长一层5nm的GaAsP大大改善了界面质量. 器件的阈值电流从界面改善前的560mA 减小到改善后的450mA, 斜率效率也从0.61W/A提高到了0.7W/A, 特别是单面最大输出功率已经从370mW 增加到了940mW,发生灾变性光学损伤时的工作电流已经由原来的1100mA 上升为1820mA.     

增益-腔模失配型高温工作垂直腔面发射半导体激光器

理论分析了温度对垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)工作性能的影响,利用VCSEL的增益-腔模失配理论设计了适用于高温环境下工作的VCSEL外延结构并对该结构进行了外延生长及工艺制备。理论分析表明,采用势垒高度大于0.25eV的量子阱有源区结构可以缓解高温工作时器件的载流子泄漏问题。设计了室温下增益-腔模偏离为11nm的器件结构。理论分析表明,在320K时与器件腔模对应的增益谱波长具有最大的光增益,此时器件具有最小的阈值电流。对分布式布拉格反射镜(DBR)的反射率进行了优化以进一步减小器件阈值电流。采用了一种自平坦化的台面工艺结构制作了7、9、13μm三种不同氧化口径的器件,器件在室温下的阈值电流分别为1.95、2.53、2.9mA,最大出光功率分别为0.31、1.11、1.04mW,并且输出功率的高温稳定性较好。随工作温度的升高,器件阈值电流先减小后变大,在320～330K时器件阈值达到最小值,与理论分析一致。     

905nm隧道带间级联非耦合双有源区半导体激光器

通过对有源区、波导层、限制层和隧道结的分析 ,设计了激射波长为905nm的隧道带间级联非耦合双有源区半导体激 光器。采用金属有机物化学汽相淀积(MOCVD)系统外延法生长了器件,并经过光刻、 腐蚀、解理和焊装等工艺,制备了激射波长为905nm的隧道带间级联 非耦合双有源区半导体激光器。腔面 未镀膜时,在1.2A的脉冲注入电流下,器件的峰值波长为904.4nm,垂直远场为单峰,发 散角为25.8°,表明两个有源区的光场未发生耦合,斜率效率为1.12W/A,为相同结构单有源区器件的1.9倍。     

MOCVD在位监测技术及其在VCSEL研制中的应用

使用MOCVD技术生长了 980nmVCSEL ,在GaAs/AlGaAsDBR对的生长过程中通过相干反射率测量方法实现了在位监测和实时校正生长。白光反射谱测量结果表明通过上述手段准确控制了外延层的光学厚度。外延生长结束后 ,制备了 980nmVCSEL ,器件在室温下连续工作 ,输出功率为 7.1mW ,激射波长为 974nm ,斜率效率为 0 .4 6 2mW/mA。     

MOVPE-grown GaInNAs VCSELs at 1.3 /spl mu/m with conventional mirror design approach

1.3 /spl mu/m oxide confined GaInNAs VCSELs designed using the same design philosophy used for standard 850 nm VCSELs is presented. The VCSELs have doped mirrors, with graded and highly doped interfaces, and are fabricated using production-friendly procedures. Multimode VCSELs (11 /spl mu/m oxide aperture) with an emission wavelength of 1287 nm have a threshold current of 3 mA and produce 1 mW of output power at 20/spl deg/C. The maximum operating temperature is 95/spl deg/C. Emission at 1303 nm with 1 mW of output power and a threshold current of 7 mA has been observed from VCSELs with a larger detuning between the gain peak and the cavity resonance.     

GaAs/AlGaAs multiple quantum well GRIN-SCH vertical cavity surfaceemitting laser diodes

Vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) with GaAs/AlGaAs multiple quantum well (20 wells) graded-index separate-confinement-heterostructure (GRIN-SCH) active regions are discussed. The VCSEL structures, which also contained two Al_xGa_1-xAs/Al_yGa_1-yAs distributed Bragg reflectors, were grown by molecular beam epitaxy and had a threshold current and current density at room temperature pulsed excitation of 16 mA and 14 kA/cm², respectively, near 0.85-μm wavelength. Both single-longitudinal and fundamental transverse mode emission characteristics were observed with a light output greater than 3 mW and a slope efficiency of 0.12 mW/mA     

980nm氧化物限制的垂直腔面发射激光器

采用低压金属有机化合物气相外延(L P- MOCVD) ,制备了顶端发射氧化物限制、内腔接触结构980 nm的垂直腔面发射激光器.应用了选择氧化和自对准工艺来实现电流限制.在2 8m A脉冲电流驱动下,器件的输出功率为10 .1m W,斜率效率为0 .4 6 2 m W/ m A.脉冲工作下,最高输出功率为13.1m W.室温连续工作下,输出功率为7.1m W,发射波长为974 nm ,光谱半宽为0 .6 nm.研究了氧化孔径对阈值电流和微分电阻的影响,结果表明较小的氧化孔径可以获得低的阈值电流.     

980nm氧化物限制的垂直腔面发射激光器

采用低压金属有机化合物气相外延(LP-MOCVD),制备了顶端发射氧化物限制、内腔接触结构980nm的垂直腔面发射激光器.应用了选择氧化和自对准工艺来实现电流限制.在28mA脉冲电流驱动下,器件的输出功率为10.1mW,斜率效率为0.462mW/mA.脉冲工作下,最高输出功率为13.1mW.室温连续工作下,输出功率为7.1mW,发射波长为974nm,光谱半宽为0.6nm.研究了氧化孔径对阈值电流和微分电阻的影响,结果表明较小的氧化孔径可以获得低的阈值电流.     

Wafer-bonded 1.55 μm vertical cavity laser arrays for wavelengthdivision multiplexing

The first electrically pumped 1.55 μm multiple wavelength VCSEL array is demonstrated. The wafer bonded array consists of four channels operating between 1509 and 1524 nm. Multiple wavelengths were defined using an etched intracavity superlattice prior to bonding. Threshold currents of 0.9 mA and peak output powers of 0.45 mW were measured     

OC-48 capable InGaAsN vertical cavity lasers

A selectively oxidised InGaAsN/GaAs three quantum well vertical cavity laser (VCSEL) demonstrated continuous wave (CW) lasing with a single-mode output power of 0.749 mW at 1266 nm. This is the first reported InGaAsN VCSEL capable of meeting the power and wavelength requirements for both OC-48 SR and OC-48 IR-1 compliant links. The VCSEL uses two low absorption n-type GaAs/AlGaAs distributed Brag reflectors and a tunnel junction to achieve current injection into the active region. A multimode version of the VCSEL had a output power of 1.43 mW at 1.26 μm. CW lasing continued up to temperatures as high as 107°C. The VCSEL material was grown by solid source molecular beam epitaxy with an RF nitrogen plasma source