高质量GaAs—AlGaAs材料MBE生长研究及其应用

通过对分子束外延中影响ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ材料生长的一些关键因素的分析，实验与研究，得到了具有很好晶格完整性和高质量电学，光学特性的ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ单昌材料，实现了７５ｍｍ大面积范围内的厚度，组分和掺杂等的很好均匀性。研制了高质量的ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子阱超晶格材料，并应用于量子阱激光器材料的研制，获得了具有极低值电流密度低内损耗，高量子效率的高质量量子阱激光器外延材料。     

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。     

InGaAs/AlGaAs应变量子阱激光器的可靠性

利用分子束外延方法研制的ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ应变量子阱激光器外延材料制备了窄条型脊型波导结构量子阱激光器件．通过对其５０℃高温加速老化,检测了器件的可靠性,并对器件中存在的三种典型退化行为,即快速退化、慢退化和端面光学灾变损伤进行了分析与研究．     

GaAs／AlGaAs分子束外延量子阱材料的研究

采用进口分子束外延设备生长了ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ单量子阱和多量子阱材料。在理论分析和实验总结的基础上，对材料结构进行了优化，增加了ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ超晶格缓冲层来进行缺陷抑制，并在外延时精确地控制生长，这样获得的量子阱材料通过Ｘ射线双晶衍射和Ｃ－Ｖ测量表明：得到的材料性能良，为新型光电器件的制作和进一步的材料研究打下了基础。     

气态源分子束外延InP和InAs基Ⅲ－Ⅴ族化合物材料

本文简要报告我们气态源分子束外延实验结果．材料是ＧａＡｓ（１００）衬底上外延的晶格匹配的Ｉｎｙ（Ｇａ１－ｘＡｌｘ）１－ｙＰ（ｘ＝０～１，ｙ＝０．５），ＩｎＧａＰ／ＩｎＡｌＰ多量子阱；在ＩｎＰ（１００）衬底上外延的ＩｎＰ，晶格匹配的ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ以及ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＡｓＰ多量子阱，ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡＳＨＥＭＴ等．外延实验是用国产第一台化学束外延（ＣＢＥ）系统做的．     

InGaAs/GaAs/AlGaAs应变量子阱激光器

优化设计了既能实现较小垂直方向远场发散角,又能降低腔面光功率密度的ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ应变层量子阱激光器,并计算了该结构激光器实现基横模工作的脊形波导结构参数。利用分子束外延生长了ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ应变量子阱激光器材料并研制出基横模输出功率大于１４０ｍＷ,激射波长为９８０ｎｍ的脊形波导应变量子阱激光器,其微分量子效率为０．８Ｗ／Ａ,垂直和平行结平面方向远场发散角分别为２８°和６．８°     

泵浦掺铒光纤放大器的大功率单元赝配InGaAs／GaAs／AlGaAs单量子阱激光器

已研制出９８０ｎｍ脊波导赝配ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ单量子阱激光器。该镜面镀膜激光器的最高输出功率为２４０ｍＷ／面。器件由分子束外延（ＭＢＥ）生长的渐变折射率分别限制异质结量子阱结构材料制成。激光器以基模工作，与１．５５μｍ单模光纤的耦合效率为２２％。在镜面无镀膜激光器输出功率为３０ｍＷ／面下进行的寿命试验表明，它比ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子阱激光器有更高的可靠性，但在泵浦掺铒光纤放大器所要求功率下长时间可靠工作需要镜面保护镀膜。     

低阈值基横模脊形波导GaAs／AlGaAs单量子阱激光器

本文报道了脊形波导结构ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子阱激光器的研究成果．我们采用湿法化学腐蚀方法，通过对器件结构参数的优化，制备了性能优越的脊形波导ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子阱激光器，器件的阈值电流低于１０ｍＡ，最低值为７．３ｍＡ，而且实现了基横模工作，这是国内报道的该结构激光器的最好水平．     

应变InGaAs／AlGaAs量子阱激光器的工作特性

人们对激射波长在０．９＜λ＜１．１μｍ的应变ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子阱（ＱＷ）激光器很感兴趣。主要应用有泵浦晶体或玻璃主体中的稀土离子（特别是掺Ｅｒ３＋光纤放大器的９８０ｎｍ泵浦），研制透明衬底的面发射激光器和增加倍频二极管激光器的可用波长范围。本文叙述了多种结构应变ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ单量于阱激光器的工作特性。     

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     

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．     

基于快速热退火量子阱无序技术的新型半导体激光器

本文首先研究了ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ多量子阱材料在不同快速热退火（ＲＴＡ）条件下的量子阱无序,然后利用该技术研制了两种具有新颖结构的半导体激光器．一种是克服端面损伤的有窗口结构的半导体激光器,实验测得最大输出光功率比无窗口结构器件平均增加约１８％．另一种是利用了无序化量子阱材料的折射率变化、具有简单横模限制结构的半导体激光器,获得了４倍阈值下仍保持基模工作的良好结果．     

MOCVD生长碳掺杂GaAs/AlGaAs大功率半导体激光器

利用低压金属有机金属化合物气相沉积方法,以液态ＣＣｌ,为掺杂源生长了高质量Ｃ掺杂ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ材料,并对生长机理、材料特性以及Ｃ掺杂对大功率半导体激光器的影响进行了分析。在材料研究的基础上生长了以Ｃ为Ｐ型掺杂剂的ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ应变量子阱半导体激光器结构,置备了高性能９８０ｎｍ大功率半导体激光器。     

InAlGaAs/GaAs量子阱的生长及其界面特性

本文研究了以ＩｎＡｌＧａＡｓ作垒层的ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子阱的低压金属有机化合物化学汽相淀积（ＬＰ－ＭＯＣＶＤ）生长及其界面特性,发现在适当生长条件下可以解决ＩｎＧａＡｓ和ＡｌＧａＡｓ在生长温度范围不兼容的问题,得到了高质量的ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子阱材料．同时用Ｘ光和低温光致发光（ＰＬ）谱研究了量子阱结构的界面特性,表明适当的界面生长中断不仅可以改善界面平整度,而且能改善垒层ＩｎＡｌＧａＡｓ的质量．     

MBE生长高质量GaAs／AlGaAs量子阱激光器

我们利用分子束外延方法研制了ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ缓交折射率分别限制（ＧＲＩＮ－ＳＣＨ）单量子阱和双量子阱激光器．对腔长为６００μｍ的端面不镀膜的宽接触条型Ｆ－Ｐ腔激光器，阈值电流密度（平均值）分别为２９０Ａ／ｃｍ２和２４０Ａ／ｃｍ２．腔长在１２００μｍ的双量子阱激光器的阈电流密度低达１９０Ａ／ｃｍ２．对出光面和背面分别镀以增透膜和高反膜的宽接触条型（８０μｍ）．激光器，线性输出功率高达１．８２Ｗ；出光面的斜率效率达到１．０４Ｗ／Ａ；利用湿法化学腐蚀所制备的脊形波导结构单量子阱激光器阈值电流最低可达８ｍＡ     

MOCVD法制作的12沟道应变层异质结量子阱激光器阵列

采用了选择区外延工艺来制作适用于波分复用的１２沟道应变层ＩｎＧａＡｓ－ＧａＡｓ－ＡｌＧａＡｓ隐埋异质结量子阱激光器阵列。测得单元间的波长间隔为１．９ｎｍ，与２ｎｍ的设计值非常吻合。     

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°     

980 nm高功率列阵半导体激光器

分析了影响列阵半导体激光器输出功率的因素．利用分子束外延生长方法生长出ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ应变量子阱激光器材料．利用该材料制作出的应变量子阱列阵半导体激光器准连续（１００ Ｈｚ,１００ μｓ）输出功率达到 ８０Ｗ（室温）,峰值波长为 ９７８～９８１ｎｍ．     

基于MBE的GaAlAs／GaAs分布反馈式半导体激光器的制作新工艺

利用分子束外延（ＭＢＥ）对ＧａＡＩＡｓ和ＧａＡｓ的选择性热蚀特性进行光栅上的二次外延生长，既能获得清洁的外延界面，又能精确控制光栅的形状．采用这种方法，我们在国际上首次成功地制作了完全ＭＢＥ生长的内含吸收光栅的ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ多量子阱增益耦合型分布反馈式（ＤＦＢ）半导体激光器．并实现了激光器在室温下的脉冲激射，、器件表现出了ＤＦＢ模式的单模工作特性．     

用MOCVD在非平面衬底上生长的量子阱、量子线及其光学性质

本文报道在６５０℃的衬底温度下实现了ＭＯＣＶＤ在（１００）面和（１１１）面上生长ＧａＡｓ与Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ的不同的选择性．这一衬底温度比国际上以前报道的要低，对制作适于光电器件的ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子阱层比较有利．用此技术，在ＧａＡｓ非平面衬底上生长了ＧａＡｓ／Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ量子阱，并用扫描电镜、低温光致发光谱以及偏振激发的光反射率谱技术进行了研究．结果不仅证明了ＭＯＣＶＤ外延生长ＧａＡｓ和Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ的独特选择性，也证明了在Ｖ字形沟槽底形成了量子线．