（英）利用分子束外延在GaAs基上生长高特征温度的InAs量子点激光器

通过MBE外延系统生长了1.3 μm的GaAs基InAs量子点激光器.为了获得更好的器件性能,InAs量子点的最优生长温度被标定为520 ℃,并且在有源区中引入Be掺杂.制备了脊宽100 μm,腔长2 mm的激光器单管器件,在未镀膜的情况下,达到了峰值功率1.008 W的室温连续工作,阈值电流密度为110 A/cm^-2,在80℃下仍然可以实现连续工作,在50 ℃以下范围内,特征温度达到405 K.     

InGaAs/GaAs量子点类脊型激光器的激射特性

用MOCVD方法生长制备了多层InGaAs/GaAs量子点结构 ,并研制出量子点激光器。研究了多层量子点激光器阈值激射特性与量子点有源区结构之间的关系 ,结果表明激光器的阈值电流密度依赖于量子点的结构。通过采用多层量子点、对量子点层间进行耦合以及采用宽禁带AlGaAs作为量子点层势垒可以有效地降低激光器的阈值电流密度。获得了最低为 2 0A/cm2 的平均阈值电流密度。量子点激光器的激射波长也与有源区结构有关 ,随着量子点层数增加 ,激射峰向长波方向移动。     

纳米半导体材料及其纳米器件研究进展

(接上期第21页)4.2.2量子点激光器 应变自组装量子点材料与量子点激光器的研制已成为近年来国际研究热点.应用这种技术已制备出量子点激光器,波长覆盖了近红外和红光波段.1992年Ueno等人报道了单层InGaAs/A1GaAs量子点结构,实现了室温激射,阈值电流密度(Jth)为950A/cm2;1994年俄德联合小组首先研制成功InAs/GaAs量子点材料;1996年Alferov等人研制成功有源区为三层结构 (垂直耦合)的量子点激光器,Jth为680A/cm2;同年Ledentsov等人[24]又报道了10层垂直耦合InGaAs/GaAs量子点结构激光器,室温Jth为90A/cm2;1997年Ustinov等人又报道了Jth低达60A/cm2的量子点激光器,其结果已接近当前最好的量子阱激光器的性能1996年量子点激光器室温连续输出功率达1W,阈值电流密度为290A/cm2,1998年达1.5W;1999年InAlAs/InAs量子点激光器283K温度下最大连续输出功率(双面)高达3.5W.     

高性能InAs/GaAs量子点外腔激光器

为了获得高性能的量子点外腔激光器(ECL),利用InAs/GaAs量子点Fabry-Perot(FP)腔激光器研制了光栅外腔可调谐ECL。对InAs/GaAs量子点ECL进行了一系列的性能测试,主要包括单模稳定性测试、单模调谐范围测试、阈值电流密度测试、无跳模连续调谐测试和输出功率测试。在室温条件下获得了24.6nm的连续调谐范围,覆盖波长从999.2nm到1 023.8nm,并且实现了波长无跳模连续调谐。在调谐范围内最低阈值电流密度为1 525A/cm2,而且在中心波长处获得的单模输出功率为15mW,单模边模抑制比(SMSR)高达35dB。研究结果表明,通过构建光栅外腔可以实现高性能的InAs/GaAs量子点ECL。     

InAs/InGaAs数字合金应变补偿量子阱激光器

采用气态源分子束外延在InP衬底上生长InAs/InGaAs数字合金应变补偿量子阱激光器.有源区的多量子阱结构由压应变的InAs/In_(0.53)Ga_(0.47)As数字合金三角形势阱和张应变的In_(0.43)Ga_(0.57)As势垒构成.X射线衍射测试表明赝晶生长的量子阱结构具有很高的晶格质量.在100K、130mA连续波工作模式下,激光器的峰值波长达到1.94μm,对应的阈值电流密度为2.58 kA/cm~2.随着温度升高,激光器的激射光谱出现独特的蓝移现象,这是由于激光器结构中相对较高的内部吸收和弱的光学限制引起最大增益函数斜率降低所导致的.     

气源分子束外延生长的InAs/InP(100)量子点激光器

利用气源分子束外延(GSMBE)技术,在InP(100)衬底上生长InAs量子点激光器.有源区包含5层InAs量子点,每层量子点的平均尺寸是2.9 nm和76 nm,面密度在1010 cm-2左右,势垒层为InGaAsP.室温下量子点的光致发光中心波长在1.55 μm,发光峰半高宽为108 imeV.通过化学湿法腐蚀制备双沟道8μm宽脊条激光器,在20℃连续波工作模式下,腔长为0.7 mm的激光器的阈值电流为143 mA(2.5 kA/cm2),器件的激射中心波长在1.55 μm.由于量子点尺寸的非均匀性,在大电流注入,激光器的激射谱展宽.器件单端面最大输出功率为27 mW,功率斜率效率为130 mW/A.     

垂直腔面发射激光器新型结构的特性比较

通过对一种微分量子效率可以大于1的新型多有源区隧道再生应变量子阱垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs)结构,以及由此设计出的阈值电流更小、输出功率更大的器件与普通结构在反射率及注入电流都相同的条件下输出功率大小的比较及阈值电流密度大小的比较,从而在理论上证实了这种VCSELs新型结构的优势。     

InGaAs／AlGaAs单量子阱激光器低阈值激射

研制了InGaAs/AlGaAs SQW激光器,对其工作特性如阈值电流密度、激射波长、特征温度、远场分布等进行了研究. 用MOCVD方法生长制备了InGaAs/AlGaAs分别限制单量子阱结构材料,得出其各层组分和能带分布.首先在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层和AlGaAs波导层,然后生长窄能带的AlGaAs量子阱势垒层,再继续生长InGaAs量子阱有源区.其后继续生长AlGaAs势垒层、高Al组分AlGaAs波导层和GaAs高掺杂欧姆接触层.我们发现在低温范围里(160 K～220 K)阈值电流密度随温度升高而减小,与普通量子阱激光器正相反,表现出负的特征温度.随着温度进一步提高,阈值电流密度表现出指数式增大.300 K下腔长2000 μm的激光器最低的阈值电流密度约为200 A/cm2.(OD7)     

大功率低阈值半导体激光器研究

针对大光腔结构往往导致阈值电流密度增大的矛盾,设计了一种具有较高势垒高度的三量子阱有源区。采用非对称宽波导结构的半导体激光器,该激光器在实现大光腔结构的同时保持阈值电流密度不增加。通过金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长InGaAs/AlGaAs三量子阱有源区以及3.6μm超大光腔半导体激光器的外延结构。结合后期工艺,制备了980nm脊形边发射半导体激光器。在未镀膜情况下,4mm腔长半导体激光器阈值电流为1105.5mA,垂直发散角为15.6°,注入电流为25A时的最大输出功率可达到15.9 W。测试结果表明:所设计的半导体激光器在有效地拓展光场,实现大光腔结构的同时,保证了激光器具有较低的阈值电流。     

大功率In(Ga)As/GaAs量子点激光器

利用分子束外延技术和S-K生长模式,系统研究了InAs/GaAs材料体系应变自组装量子点的形成和演化.研制出激射波长λ≈960nm,条宽100μm,腔长800μm的In(Ga)As/GaAs量子点激光器:室温连续输出功率大于3.5W,室温阈值电流密度218A/cm2,0.61W室温连续工作寿命超过3760小时.     

850 nm有源区无铝高功率SCH-SQW激光器

设计并制作了条宽 10 0 μm ,腔长 1mm的有源区无铝高功率SCH SQW激光器 ,室温连续输出功率达 1W ,阈值电流密度为 46 0A/cm2 ,外微分量子效率为 0 6 8W/A ,激射波长为 849nm(腔面未镀膜 )。     

低阈值连续波工作的2.9 THz量子级联激光器

为了获得低阈值连续波工作太赫兹源,采用固源分子束外延技术生长了GaAs/AlGaAs束缚态向连续态跃迁的太赫兹量子级联激光器(QCL)有源区,基于半绝缘-等离子体波导工艺制作了太赫兹量子级联激光器。获得了激光器(腔面未镀高反射膜)的发射光谱和相应的输出特性等性能,其中器件在10 K工作温度、350 mA激励电流下的中心频率为2.93 THz,连续波工作模式的阈值电流密度为156 A/cm2,器件的最大光输出功率为7.84 mW,最高工作温度为62 K。     

分子束外延生长高应变单量子阱激光器

采用分子束外延方法研究了高应变InGaAs/GaAs量子阱的生长技术.将InGaAs/GaAs量子阱的室温光致发光波长拓展至1160nm,其光致发光峰半峰宽只有22meV.研制出1120nm室温连续工作的InGaAs/GaAs单量子阱激光器.对于100μm条宽和800μm腔长的激光器,最大线性输出功率达到200mW,斜率效率达到0.84mW/mA,最低阈值电流密度为450A/cm2,特征温度达到90K.     

GaAs基长波长量子点激光器增益和阈值电流密度的理论分析

基于谐振子模型的量子点能级,计算了包括和排除激子影响时多能级的增益谱.考虑了低温时非平衡载流子分布.得出了较宽温度范围内阈值电流密度的变化,包括负温度及振荡温度效应.研究了垂直层叠和p型掺杂对量子点激光器性能的改善,并讨论了获得极小阈值电流密度时的最佳量子点密度.     

量子阱激光器的阈值电流与腔长关系

一般激光器的阈值电流会随着腔长增加而增大,但是最近发现单量子阱激光器的阈值电流在很大的腔长范围内保持恒定。造成这样现象的原因是由于激光器有源区不掺杂和采用了线形渐变折射率导引机制的量子阱激光器结构,这样可以有效的减少载流子泄漏和非辐射复合,因此激光器内损耗很小,阈值增益主要由腔面损耗决定,致使阈值电流在很大的腔长范围内保持恒定。     

GaAs基长波长量子点激光器增益和阈值电流密度的理论分析

基于谐振子模型的量子点能级,计算了包括和排除激子影响时多能级的增益谱.考虑了低温时非平衡载流子分布.得出了较宽温度范围内阈值电流密度的变化,包括负温度及振荡温度效应.研究了垂直层叠和p型掺杂对量子点激光器性能的改善,并讨论了获得极小阈值电流密度时的最佳量子点密度.     

808 nm大功率无铝有源区非对称波导结构激光器

采用分别限制非对称波导结构,将光场从对称分布变为非对称分布,降低了载流子光吸收损耗,并允许p型区具有更高的掺杂水平,从而使器件电阻降低.对GaAsP/GaInP张应变单量子阱(SQW)非对称波导结构激光器的光场特性进行了理论分析,设计了波导层厚度,并制作了波长为808 nm的无铝有源区大功率半导体激光器.器件综合特性测试结果为:腔长900μm器件的阈值电流密度典型值为400 A/cm2,内损耗低至1.0 cm-1;连续工作条件下,150μm条宽器件输出功率达到6 W,最大斜率效率为1.25 W/A.器件激射波长为807.5 nm,平行和垂直结的发散角分别为3.0°和34.8°.20~70℃范围内特征温度达到133 K.结果表明,分别限制非对称波导结构是降低内损耗,提高大功率半导体激光器特性的有效措施.     

GSMBE生长的非均匀多纵模量子点激光器

报道了InAs/GaAs量子点激光器GSMBE生长,激光器器件有源区包含了层叠的5层InAs量子点微结构.AFM显微图像显示相同生长条件下的未覆盖表层量子点样品呈现出不均匀的多模尺寸分布.制作了脊条宽为6 μm,腔长为1.5 min的未镀膜激光器器件,器件室温连续工作的最大输出功率达到51.1 mW (单面),最高工作温度70℃.激光光谱包含一系列非均匀的多纵模簇,且随着电流的增加,纵模簇个数也增加.经分析认为,光谱的这一不同于常规半导体激光器的性质是由量子点的非均匀性以及量子点之间互不关联性导致的,是多个互相无关联的不同特性激光的集体行为.     

中红外量子级联激光器的研究进展

以不同结构类型的有源区为主线,如三阱垂直跃迁有源区、超晶格有源区、应变补偿量子阱有源区、束缚-连续跃迁有源区和四阱双声子共振有源区等,介绍了半导体能带工程在量子级联激光器中的应用。以不同技术指标和特性参数为主要内容,如激射波长、阈值电流密度、工作温度和输出功率等,评述了量子级联激光器在近3～5年内的研究进展。提出了进一步改善器件性能的可能途径,并指出了其今后研究的新方向。     

低阈值半导体激光器的能带结构工程

本文指出了用应变层超点阵作为量子阱半导体激光器的有源区可以降低激光器的阈值电流,同时可以有效地消除Auger复合、价带间的吸收。比较分析了应变层有源区的激光器能带结构和非应变层有源区激光器能带结构。