长波长GaInNAs垂直腔面发射激光器

新出现的直接跃迁GaInNAs与具有高反射率的AlAs／GaAs分布布拉格反射镜相结合构成了GaAs基长波长(1．3—1．6μm)垂直腔面发射激光器(VCSEL)，将成为光纤通信、光互联和光信息处理等的关键元件。本文从材料的选取、外延技术和GaInNAs VCSEL国外和国内的发展状况等方面对长波长GaInNAs VCSEL进行了综合阐述。     

单面键合面发射激光器的研制与分析

键合长波长垂直腔面发射激光器(VCSEL)的研制对于光通信的发展具有重要意义,可以有效克服传统外延生长方法的诸多难題.文章通过对布喇格反射镜、有源区和光学腔的设计,结合键合技术进行工艺设计,研制出单面键合长波长垂直腔面发射激光器,并对器件进行了光泵浦测试与分析.器件的光泵激射证明结构及工艺设计是合理的,键合后的界面可以承受腐蚀、剥离、氧化等后续工艺,且键合界面未对器件光学性能造成明显不良影响.     

以多波长列阵作波分复用源

伯克利加州大学的研究人员用一种产生自协调波长的方法（在晶片之间或单一晶片内产生）已制成单片多波长垂直腔面发射激光器列阵。一个这样的列阵可提供光纤通信中波分复用所需的多个波长，现在对每一波长来说都需有单一封装的器件。可用于大批量生产的方法将驱使器件成本下降，使低成本波分复用成为可能。早在1991年初，ConnjeChans－Ha‘”“i”等人就推想。垂直腔面发射激光器对多波长列阵制作是种巨大的激光器结构，因为垂直胜面发射激光器仅在一个法布里一拍罗模式上共振，而输出波长可通过腔长改变。如果单片垂直腔面发射激光列阵能…     

性能优良的光泵垂直腔面发射激光器

光泵半导体（OPS）激光器是一类以特殊类型垂直腔面发射激光器（VCSEL）为基础的新型器件，与以电流注入驱动的垂直腔面发射激光器不同，光泵垂直腔面发射激光器是用二极管泵浦激光驱动的。这种器件具有所希望的性能特性组合，如小型组件的高功率和优良TEM00模特性的组合。这种技术还可做成具有特定波长输出的激光器或在850～1600nm光谱范围可调谐的激光器。这些特性意味着光泵半导体激光器具有渗透或影响许多商业化激光应用开发的潜力，其中包括在通讯方面的应用。这方面的一个重要例子是泵浦高功率掺饵光纤放大器（EDFA）。光泵光泵…     

键合方法研制InAsP/InGaAsP量子阱1.3μm垂直腔面发射激光器

设计并研制了由InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱有源层、SiO2/TiO2介质薄膜和GaAs/Al(Ga)As半导体分布布拉格反射镜(DBR)构成的垂直腔面发射激光器(VCSEL).采用直接键合技术实现InP基有源层与GaAs基DBR的晶片融合,并经过侧向湿法腐蚀定义电流限制孔径和沉积介质薄膜DBR等关键器件工艺,研制出InAsP/InGaAsP量子阱垂直腔面发射激光器,其阈值电流为13.5mA,单模激射波长为1288.6nm.     

键合界面对面发射激光器的光、热性质影响

分析了采用双面键合长波长面发射激光器时,键合界面光吸收系数和电、热导率的变化对器件的光、热性质的影响。对于1λ光学腔的面发射激光器,键合界面吸收系数对器件光学性能影响较大,而对于1.5λ光学腔的面发射激光器,其光学性能基本不受键合界面吸收系数的影响。由有限元方法对面发射激光器的温度分布计算结果可知,当键合界面电、热导率小于GaAs电、热导率的1%时,激光器有源层的温度会有较大的上升。     

键合方法研制InAsP/InGaAsP量子阱1.3μm垂直腔面发射激光器

设计并研制了由InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱有源层、SiO2/TiO2介质薄膜和GaAs/Al(Ga)As半导体分布布拉格反射镜（DBR）构成的垂直腔面发射激光器（VCSEL) . 采用直接键合技术实现InP基有源层与GaAs基DBR的晶片融合,并经过侧向湿法腐蚀定义电流限制孔径和沉积介质薄膜DBR等关键器件工艺,研制出InAsP/InGaAsP量子阱垂直腔面发射激光器,其阈值电流为13.5mA,单模激射波长为1288.6nm.     

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。     

新型材料InGaNAs的生长与应用前景

详细介绍了一种新型半导体材料(InGaNAs)的生长特点及其在制作高特征温度的长波长量子阱激光器、长波长垂直腔面发射激光器、长波长光泵垂直外腔面发射激光器、半导体可饱和吸收镜和长波长谐振腔增强探测器方面的优势。     

面发光激光器在航空电子系统中的应用

垂直腔面发光激光器具有许多特点。这些特点是非常需要的，而且适合在光学互连、光学数据总线、光学和光学信号处理中应用。叙述了以GaAs为基础的垂直腔面发光激光器的基本器件结构和制造技术、讨论主要激光器性能特征、例如发射波长、光束图案、阈电流、输出功率、量子效率和调制响应。这些特征对激光器的潜在应用非常重要。还叙述了将激光器与n通道MESFET（金属—半导体场效应晶体管）驱动器单片集成化的最新成果。     

垂直腔面发射激光器光场数值解的打靶法

利用传输矩阵法得到了垂直腔面发射激光器（VCSELs）内部光场应满足的本征方程，并通过打靶法对方程进行了求解。数值结果表明，该方法具有求解速度快和精度高的优点。用该方法模拟分析了有源区两侧GaAs垒层的厚度及spacer层中的Al组份对阈值增益、光限制因子和共振波长的影响。     

Solution‐Processed Low Threshold Vertical Cavity Surface Emitting Lasers from All‐Inorganic Perovskite Nanocrystals

Recently, newly engineered all‐inorganic cesium lead halide perovskite nanocrystals (IPNCs) (CsPbX₃, X = Cl, Br, I) are discovered to possess superior optical gain properties appealing for solution‐processed cost‐effective lasers. Yet, the potential of such materials has not been exploited for practical laser devices, rendering the prospect as laser media elusive. Herein, the challenging but practically desirable vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) based on the CsPbX₃ IPNCs, featuring low threshold (9 µJ cm^?2), directional output (beam divergence of ≈3.6°), and favorable stability, are realized for the first time. Notably, the lasing wavelength can be tuned across the red, green, and blue region maintaining comparable thresholds, which is promising in developing single‐source‐pumped full‐color visible lasers. It is fully demonstrated that the characteristics of the VCSELs can be versatilely engineered by independent adjustment of the cavity and solution‐processable nanocrystals. The results unambiguously reveal the feasibility of the emerging CsPbX₃ IPNCs as practical laser media and represent a significant leap toward CsPbX₃ IPNC‐based laser devices.     

垂直腔面发射激光器中的侧向氧化

研究了垂直腔面发射激光器(VCSEL)的侧向氧化工艺及其特性.发现对于条形台面,氧化物生长遵循线性生长规律.但对于在VCSEL中采用的两种结构,氧化物的生长(温度高于435℃)表现为非线性生长行为.理论分析表明,台面结构的几何形状对高温下的氧化速率产生了影响.     

微腔效应对垂直腔面发射激光器谐波和互调失真的影响

采用速率方程与Volterra变换方法,分析了垂直腔面发射激光器在微波模拟调制情况下,频率、自发辐射因子以及自发辐射寿命对三阶谐波和三阶互调失真的影响.结果表明垂直腔面发射激光器的非线性失真依赖于自发辐射物理量的变化,对激光器的自发辐射进行适当控制,可以抑制非线性对性能的影响,扩大其最大调制频率,提高基于VCSELs器件的ROF(radio over fiber)系统的性能和应用范围.     

Room temperature continuous-wave operation of GaInNAs/GaAs VCSELsgrown by chemical beam epitaxy with output power exceeding 1 mW

The authors present a near 1200 nm wavelength vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) the active region of which is formed by GaInNAs/GaAs quantum wells grown by chemical beam epitaxy. Room temperature continuous-wave operation has been demonstrated with a high slope efficiency of 0.23 W/A, a high output power of over 1.0 mW, and a singlemode output power of 0.34 mW. The fabricated devices with different aperture sizes show low threshold currents of 1.2-2.1 mA and a record low threshold current density of 2.6 kA/cm² in GaInNAs VCSELs     

新型长波长半导体激光器材料GaInNAs

对新型长波长半导体材料GaInNAs进行了述评.通过材料性质的介绍,表明GaInNA s材料是一种很有前景的长波长半导体材料.同时介绍了目前GaInNAs材料的几种主要制备手段并进行了比较,指出了目前MOCVD生长GaInNAs材料存在的难点.介绍了目前国际上基于GaInNAs材料的长波长VCSEL的器件研究情况.     

Low threshold current 1.3-/spl mu/m GaInNAs VCSELs grown by MOVPE

The structure of the conventional contact 1.3-/spl mu/m GaInNAs-GaAs vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) was optimized and low threshold current 1.3-/spl mu/m GaInNAs VCSELs grown by metal-organic vapor-phase epitaxy were reported. The idea is to optimize the active region, the doping profiles, and the pairs of p-distributed Bragg reflectors, and the detuning between the emission wavelength and the photoluminescence gain peak wavelength. The continuous-wave 1.0-mA threshold current was achieved for the single-mode VCSEL. For the multiple-mode VCSELs, the below 2-mA threshold currents at 5/spl deg/C-85/spl deg/C , the 1.13-mA threshold current at 55/spl deg/C, and 1.52-mA threshold current at 85/spl deg/C are the best results for 1.3-/spl mu/m GaInNAs VCSELs.     

光反馈垂直腔面发射半导体激光器的混沌驱动同步在保密通信中的应用

基于光反馈垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs)混沌驱动同步,提出了一种光反馈VCSELs混沌保密通信系统。通过模拟信号和数字信号在该系统的混沌保密通信的实现,验证了该系统的可行性。进一步利用该方案实现了对文字和数字图像的保密通信,并对解密图像及原始图像灰度值的差值做了相关计算。数值模拟结果说明该通信方案具有良好的解密效果。     

Reliability assessment of 1.55-μm vertical cavity surface emitting lasers with tunnel junction using high-temperature aging tests

In this paper, the long-term reliability of all monolithic 1.55-μm etched-mesa vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) with tunnel junction is investigated via high-temperature storage tests and accelerated life tests. Characteristic variations depend on the operating conditions are examined via the threshold current, the optical output power, and the dark current. The median device lifetime is extrapolated and the activation energy of the VCSELs is calculated based on the reliability testing results. In addition, the degradation mechanism of the tested VCSELs is analyzed using the correlation between the current-voltage characteristics (I-V) and the device lifetime. From these results, the long-term reliability of the VCSEL test structures for high-speed optical communication systems can be determined and the device parameters, such as dark current, can be used as a monitoring factor for estimating reliability of the VCSELs.