低压MOCVD外延生长InGaAsP／InP应变量子阱材料与器件应用

本文报道用低压有机金属化合物化学气相淀积（ＬＰ－ＭＯＣＶＤ）外延生长ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ应变量子阶材料，材料参数与外延条件的关系，量子阱器件的结构设计及其器件应用．用所生长的材料研制出宽接触阈值电流密度小于４００Ａ／ｃｍ２（腔长４００μｍ），ＤＣ－ＰＢＨ结构阈值７～１２ｍＡ的１．３μｍ量子阱激光器和宽接触阈值电流密度小于６００Ａ／ｃｍ２（腔长４００μｍ），ＤＣ－ＰＢＨ结构阈值９～１５ｍＡ的１．５５μｍ量子阶激光器以及高功率１．３μｍ量子阱发光二极管和ＩｎＧａＡｓＰＩＮ光电探测器．     

用LPE研制的室温连续工作的1．48μm单量子阱激光器

利用液相外延（ＬＰＥ）技术研制出室温连续工作的ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ分别限制单量子阶（ＳＣＨ－ＳＱＷ）双沟平面掩埋（ＤＣ－ＰＢＨ）激光器。室温下，腔面未镀膜的激光器最低阈值电流为２３ｍＡ（激光器腔长为２００μｍ，ＣＷ，１３℃）。激射波长为１．４８μｍ，最高输出功率达１８．８ｍＷ（Ｌ＝２００μｍ．ＣＷ，１８℃）。脉冲输出峰值功率大于５０ｍＷ（脉冲宽度１μｓ、频率１ｋＨｚ），未见功率饱和。量子阱的阱宽为２０ｎｍ［１］．     

MBE生长温度对InGaAs／GaAs应变单量子阱激光器性能的影响

采用分子束外延（ＭＢＥ）技术，研制生长了ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ应变单量子阱激光器材料，并研究了生长温度及界面停顿生长对激光器性能的影响。结果表明，较高的ＩｎＧａＡｓ生长温度和尽可能短的生长停顿时间，将有利于降低激光器的阈值电流。所外延的激光器材料在２５０μｍ×５００μｍ宽接触、脉冲工作方式下测量的阈电流密度的典型值为１６０ｍＡ／ｃｍ２。用湿法腐蚀制作的４μｍ条宽的脊型波导激光器，阈值电流为１６ｎＡ，外微分量子效率为０４ｍＷ／ｍＡ，激射波长为９７６±２ｎｍ，线性输出功率为１００ｍＷ。     

InGaAs／InGaAsP分别限制应变量子阱激光器的研制及其特性研究

报道了利用ＬＰ－ＭＯＶＰＥ技术生长高质量的ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ分别限制应变量子阱激光器结构材料、激光器制作和结果．宽而激光器实现了室温脉冲受激发射．激射波长为１．４９μｍ，在腔长为２０００μｍ时，最低阈值电流密度为０．３０ｋＡｃｍ－２．最大脉冲光输出峰值功率达５００ｍＷ以上．同时，从理论和实验上研究了阙值电流及阙值电流密度随激光器腔长的变化关系，并与ＬＰ－ＭＯＶＰＥ生长制作的宽面双异质结构激光器进行了比较．     

MBE生长InGaAs／GaAs应变层单量子阱激光器结构材料的研究

采用ＶａｒｉａｎＧｅｎⅡＭＢＥ生长系统研究了ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ应变层单量子阶（ＳＳＱＷ）激光器结构材料。通过ＭＢＥ生长实验，探索了Ｉｎ＿ｘＧａ＿（１－ｘ）ｔＡｓ／ＧａＡｓＳＳＱＷ激光器发射波长（λ）与Ｉｎ组分（ｘ）和阱宽（Ｌ＿ｚ）的关系，并与理论计算作了比较，两者符合得很好。还研究了材料生长参数对器件性能的影响，主要包括：Ⅴ／Ⅲ束流比，量子阱结构的生长温度Ｔ＿ｇ（ＱＷ），生长速率和掺杂浓度对激光器波长、阈值电流密度、微分量子效率和器件串联电阻的影响。以此为基础，通过优化器件结构和ＭＢＥ生长条件，获得了性能优异的Ｉｎ＿（０．２）Ｇａ＿（０．８）Ａｓ／ＧａＡｓ应变层单量子阱激光器：其次长为９６３ｎｍ，阈值电流密度为１３５Ａ／ｃｍ￣２，微分量子效率为３５．１％。     

GaAs／GaAlAs中红外量子阱探测器和双色量子阱红外探测器

本文报道我们在国内率先研制的ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ中红外（３～５μｍ）量子阱探测器和双色量子阱红外探测器的制备和性能．ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ中红外量子阱探测器是光伏型，探测峰值波长为５．３μｍ，８５Ｋ下的５００Ｋ黑体探测率为３e９ｃｍ·Ｈｚ１／２／Ｗ，峰值探测率达到５×１０１１ｃｍ·Ｈｚ１／２／Ｗ，阻抗为５０ＭΩ．ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ双色量子阱红外探测器是偏压控制型的两端器件，在零偏压下该探测器仅在３～５μｍ波段有响应，响应峰值波长为５．３μｍ，８５Ｋ温度下５００Ｋ黑体探测率为３e９ｃｍ     

低阈值0．98μm无铝应变量子阱InGaAs／InGaAsP／InGaP激光器

本文首次报道了在ＧａＡｓ衬底上采用新的双层ＩｎＧａＡｓＰ限制层和ＩｎＧａＰ光限制层工艺制作无铝应变云子阱Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ激光器。得到的宽条激光器的阈值电流密度低至５８Ａ／ｃｍ２，就作者所知，对用ＭＯＣＶＤ生长的０．９８μｍ激光器来说，该阈值电流密度是已有报道的最低值。     

3～5.3μmIn_xGa_(1-x)As/Al_yGa_(1-y)As/Al_zGa_(1-z)As非对称台阶量子阱红外探测器

本文报道我们率先研制出的３～５．３μｍＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ／ＡｌｙＧａ１－ｙＡｓ／ＡｌｚＧａ１－ｚＡｓ非对称台阶量子阱红外探测器的制备和性能．该探测器具有光伏特征，７７Ｋ温度、±７Ｖ外偏压下的５００Ｋ黑体探测率达到约１．０×１０１０ｃｍ·Ｈｚ１／２／Ｗ，并且，与１→２子带间跃迁相对应的光电流峰值响应波长可随外偏压在中红外（３～５．３μｍ）波段作适当调谐．运用平面波展开法，依据样品的阱、垒结构参数，计算了ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ／ＡｌｙＧａ１－ｙＡｓ／ＡｌｚＧａ１－ｚＡｓ非对称台阶量子阱１→２子带间跃迁的Ｓｔａ     

两次MOVPE生长的大功率InGaAs－GaAs－InGaP掩埋异质结应变量子阱激光器

本文给出了带有Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１ｉ包层的ＩｎＧａＡｓ－ＧａＡｓ应变量子阱激光器实验结果。镀有ＡＲ－ＨＲ膜、并有ｐ－ｎＩｎＧａＰ电流阻挡结的掩埋异质结激光器，在连续波（ＣＷ）和室温（ＲＴ）下，给出３．１ｍＡ的低阈值电流和９５ｍＷ的高功率输出。这是首次以两次ＭＯＶＰＥ方法生长制作的ＩｎＧａＡｓ－ＧａＡｓ－ＩｎＧａＰ掩埋异质结激光器。     

MOCVD生长大功率单量子阱激光器

本文介绍了ＭＯＣＶＤ生长的高质量ＧａＡｓ和ＡｌＡｓ材料以及（Ａｌ）ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ分别限制单量于阱激光器．ＧａＡｓ材料的７７Ｋ迁移率为１２２，７００ｃｍ２／（Ｖ·ｓ），ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ具有均匀陡变的界面．激光器的最大光输出功率为４Ｗ，平均光功率密度达４ＭＷ／ｃｍ２，斜率效率为１．２Ｗ／Ａ，在１Ｗ恒功老化４０００小时电流增加小于１０％，预计寿命可超过两万小时．     

MOCVD生长带有MQB的量子阱激光器材料

用ＭＯＣＶＤ生长发射波长为８０８ｎｍ的ＡＬＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子阱激光器材料。通过在激光器材料的波导中加入多量子势垒（ＭＱＢ）层，有效地限制电子在阱内的复合以及高能电子溢出阱外，从而降低了激光器的阈值电流，提高了它的特征温度。增加了ＭＱＢ后，器件的阈值电流密度Ｉ＿（ｔｈ）从原来的４００～６００Ａ／ｃｍ￣２下降到３００～４００Ａ／ｃｍ￣２，特征温度从１６０Ｋ提高到２１０Ｋ。     

1.8 μm波段台面条形结构InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器

报道了１．８μｍ波段台面第形结构ＩｎＧａＡｓＳｂ／ＡｌＧａＡｓＳｂ量子阱激光器的研制结果,器件在７７Ｋ下以脉冲方式工作,阈值电流约２５ｍＡ,中心波开约１．８４μｍ。     

MOCVD生长带有MQB的量子阱激光器材料

用ＭＯＣＶＤ生长发射波长为８０８ｎｍ的ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子阱激光器材料。通过在激光器材料的波导中加入多量子势垒（ＭＱＢ）层，有效地限制电子在阱内的复合以及高能电子溢出阱外，从而降低了激光器的阈值电流，提高了它的特征温度。增加了ＭＱＢ后，器件的阈值电流密度Ｉｔｈ从原来的４００￣６００Ａ／ｃｍ＾２下降到３００￣４００Ａ／ｃｍ＾２，特征温度从１６０Ｋ提高到２１０Ｋ。     

GaAs／Al_xGa_（1－x）As多量子阱掩埋条形激光器

利用ＭＢＥ生长的ＧａＡｓ／ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ折射率渐变－分别限制－多量子阱材料（ＧＲＩＮ－ＳＣＨ－ＭＱＷ），经液相外延二次掩埋生长，制备了阈值最低达２．５ｍＡ（腔面未镀膜），光功率室温连续输出可达１５ｍＷ／面的半导体激光器．经腔面镀膜后，器件已稳定工作４５００多小时．     

掺铒光纤放大器泵浦源用980nm量子阱激光器

我们利用分子束外延（ＭＢＥ）方法研制出了高质量的ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡＩＧａＡｓ应变量子阱激光器外延材料，其最低的阈值电流密度可达到１４０Ａ／ｃｍ２，激发波长在９８０ｕｒｎ左右．通过脊型波导结构的制备，获得了高性能的适合于掺铒光纤放大器用的９８０ｕｒｎ量子阱激光器泵浦源，其典型的阈值电流和外微分量子效率分别为１５ｍＡ和０．８ｍＷ／ｍＡ，基横模的输出功率大于８０ｍＷ，器件在５０℃，８０ｍｗ的恒功率老化实验表明，器件具有较好的可靠性．通过与掺铒光纤的耦合，其组合件出纤功率可达６０ｍＷ以上．     

量子阱无序的窗口结构InGaAs/GaAs/AlGaAs量子阱激光器

对ＳｉＯ２薄膜在快速热退火条件下引起的空位诱导ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ应变量子阱无序和ＳｒＦ２薄膜抑制其量子阱无序的方法进行了实验研究。并将这两种技术的结合（称为选择区域量子阱无序技术）应用于脊形波导ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ应变量子阱激光器，研制出具有无吸收镜面的窗口结构脊形波导量子阱激光器。该结构３μｍ条宽激光器的最大输出功率为３４０ｍＷ，和没有窗口的同样结构的量子阱激光器相比，最大输出功率提高了３６％。在１００ｍＷ输出功率下，发射光谱中心波长为９７８ｎｍ，光谱半宽为１．２ｎｍ。平行和垂直方向远场发散角分别为７．２°和３０°     

GaInNAs/GaAs量子阱激光器的发展与未来

ＧａＩｎＮＡｓ是一种直接带隙半导体材料,在长彼长（１．３０和 １．５５μｍ）光通信系统 中具有广阔的应用前景．通过调节 Ｉｎ和 Ｎ的组分,既可获得应变 ＧａＩｎＮＡｓ外延材料,也可制 备ＧａＩｎＮＡｓ与ＧａＡｓ匹配的异质结构,其波长覆盖范围为０．９－Ｎ２．０μｍ．ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ 量子阱激光器的特征温度为 ２００ Ｋ,远大于现行 ＧａＩｎＮＡｓＰ／ＩｎＰ激光器的特征温度（Ｔ０＝５０ Ｋ）． ＧａＩｎＮＡｓ光电子器件的此优异特性,对于提高光纤通信系统的稳定性、可靠寿命具有特 别重要的意义．由于ＧａＩｎＮＡｓ和具有高反射率（高达９９％）ＡＩ（Ｇａ）Ａｓ／ＧａＡｓ的分布布拉格 反射镜（ＤＢＲ）可生长在同－ＧａＡｓ衬底上,因此它是长波长（１．３０和 １．５５ μｍ）垂直腔面 发射激光器（ＶＣＳＥＬ）的理想材料．垂直腔面发射激光器是光纤通信、互联网和光信号处理的 关键器件． ＧａＡｓ基的超高速集成电路（ＩＣ）已有相当成熟的工艺．如果 ＧａＩｎＮＡｓ－ＶＣＳＥＬ 与 ＧａＡｓ－ＩＣ相结合,将使光电集成电路（ＯＥＩＣ）开拓出崭新的局面．本文还报道我们课题 组研制高质量 ＧａＮＡｓ／ＧａＡｓ超晶格和大应变 ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子阱结构取     

分子束外延GaAs／AlGaAs超晶格缓冲层量子阱材料的研究

采用分子束外延技术生长了ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ单量子阱得多量子阱材料。采用ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ超晶格缓冲层掩埋衬底缺陷，获得的量子阱结构材料被成功地用于制作量子阱激光器。波长为７７８ｎｍ的激光器，最低阈值电流为３０ｍＡ，室温下线性光功率大于２０ｍＷ。     

具有线性GRIN结构GaAs/AlGaAs单量子阱激光器

采用ＭＯＣＶＤ 方法成功地研制了具有线性ＧＲＩＮ 结构ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ单量子阱激光器。该激光器的峰值波长为８１５～８２５ ｎｍ ,阈值电流为１３０ ｍ Ａ。工作电流在４８０ ｍ Ａ 时,单面连续输出光功率高达２００ ｍ Ｗ,且基本保持在单模工作状态。工作在９７０ ｍ Ａ 时,单面连续输出光功率为０．５ Ｗ。     

128×1元GaAs／AlGaAs多量子阱扫描红外焦平面的红外成像

研制成功了１２８×１元ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多量子阱扫描型红外焦平面（ＦＰＡｓ），器件的响应率达到ＲＰ＝２．０２×１０＾６Ｖ／Ｗ，截止波长为λ＝８．６μｍ，根据常规的黑体探测率定义，得到器件的黑体探测率为Ｄｂ＝２．３７×１０＾６ｃｍ．Ｈｚ／Ｗ，并最终获得了清晰的曙物体残留热像图。