GaInNAs／GaAs量子阱激光器的发展与未来

ＧｓＩｎＮＡｓ是一种直接带隙半导体材料,在长波长（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￣２．０μｍ．ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子阱激光器的特征温度为２００Ｋ,远大于现行ＧａＩｎＮＡｓＰ／ＩｎＰ激光器的特征温度（Ｔ０＝５０Ｋ）。ＧａＩｎＮＡｓ光电子器件     

1.3μm GaAs基GaInNAs量子阱生长与激光器研制

报道了中国第一只1.30μm单量子阱边发射激光器的材料生长、器件制备及特性测试.通过优化分子束外延生长参数,调节In和N组分含量使GaInNAs量子阱的发光波长覆盖1.3μm范围.脊形波导条形结构单量子阱边发射激光器,实现了室温连续激射,激射波长为1.30μm,阈值电流密度为1kA/cm2,输出功率为30mW.     

GaInNAs/GaAs量子阱太阳电池模型建立与计算

对第三代太阳电池的InGaP/GaAs双叠层模型结构进行了理论性改进,提出了将GaInNAs/GaAs量子阱结构生长于子电池GaAs的空间电荷区的模型,并对其子电池的吸收效率与量子效率进行了模拟计算,分析了此模型对提高叠层太阳电池的整体光电转换效率的可行性。     

GaAlAs/GaAs多量子阱激光器结构设计

本文详细地讨论了多量子阱激光器材料的结构设计、量子阱结构对激射波长的影响以及波导限制层铝含量x值对光限制因子的影响.用由密度矩阵理论推导的线性光增益公式,计算了光增益.从受激阈值条件得到最佳阱数和最佳腔长.为多量子阱激光器材料结构设计提供了有效的方法.     

应变GaInNAs/GaAs量子阱光增益特性研究

采用近似方法对GaInNAs材料的能带结构进行了分析,并计算了应变GaInNAs/GaAs量子阱能级,在此基础上进一步计算了应变GaInNAs/GaAs量子阱的材料光增益谱.对计算结果的分析表明,应变GaInNAs/GaAs量子阱材料是一种可以应用于1 300 nm波段的新型长波长半导体光电子材料.     

GaAs/GaInNAs多量子阱谐振腔增强型长波长光探测器

报道了一种具有高速响应特性的GaAs基长波长谐振强增强型(RCE)光探测器,它采用分子束外延技术(MBE)在GaAs衬底上直接生长GaAs/AlAs布拉格反射镜(DBR)和GaInNAs/GaAs多量子阱吸收层而形成,解决了GaAs系材料只能对短波长光响应的问题,实现了GaAs基探测器对长波长光的响应。该器件在峰值响应波长1296.5nm处获得了17.4%的量子效率,响应谱线半宽为11nm,零偏置时的暗电流密度8.74×10-15A/μm2,具有良好的暗电流特性。通过RC常数测量计算得到器件的3dB带宽为4.82GHz。     

GaAs/AlGaAs多量子阱激光器

用国产的分子束外延设备生长出多量子阱激光器结构,在室温下,其宽接触阈电流密度为3000A/cm~2,质子轰击条形器件单管最佳阈值电流为128mA,单面连续输出功率可大于22mw,在一定注入范围内可单纵模工作,最高单面微分量子效率达34％,激射波长在8590～8640埃之间,远场光强分布呈单峰,在室温附近的特征温度T_o为202K.对外延材料和器件的初步研究表明,AlGaAs材料特别是掺杂的AlGaAs材料质量不理想是导致激光器阈电流密度不够低的可能原因.     

大功率GaAs/GaAlAs单量子阱激光器

采用MOCVD技术在φ40mmGaAs衬底上研制成大功率GaAs/GaAlAs单量子阱激光器。该激光器激射波长为830～870nm,室温CW阈值电流密度小于350A/cm~2,最低值为310A/cm~2,输出光功率大于200mW/(单面,未镀膜)。     

Material Growth and Device Fabrication of GaAs Based 1.3μm GaInNAs Quantum Well Laser Diodes

Material growth and device fabrication of the first 1.3μm quantum well (QW) edge emitting laser diodes in China are reported.Through the optimization of the molecular beam epitaxy (MBE) growth conditions and the tuning of the indium and nitrogen composition of the GaInNAs QWs,the emission wavelengths of the QWs can be tuned to 1.3μm.Ridge geometry waveguide laser diodes are fabricated.The lasing wavelength is 1.3μm under continuous current injection at room temperature with threshold current of 1kA/cm2 for the laser diode structures with the cleaved facet mirrors.The output light power over 30mW is obtained.     

GaInNAs/GaAs量子阱结构基态光跃迁的能量

从理论和实验两个方面对GaInNAs/GaAs量子阱结构基态的光跃迁能量进行研究.在理论计算过程中,分别采用电子有效质量近似法和双能级推斥模型计算了GaInNAs合金的电子空穴分立能级的能量及其带隙能,讨论了由应变引起的带隙变化量.将理论计算结果与光致发光的实验结果进行比较,两者符合得很好.并简单分析了N的加入对GaInNAs合金带隙能产生的影响.     

GaInNAs/GaAs量子阱结构基态光跃迁的能量

从理论和实验两个方面对GaInNAs/GaAs量子阱结构基态的光跃迁能量进行研究.在理论计算过程中,分别采用电子有效质量近似法和双能级推斥模型计算了GaInNAs合金的电子空穴分立能级的能量及其带隙能,讨论了由应变引起的带隙变化量.将理论计算结果与光致发光的实验结果进行比较,两者符合得很好.并简单分析了N的加入对GaInNAs合金带隙能产生的影响.     

AlGaAs/GaAs量子阱探测器的吸收光谱研究

从定态Schrodinger方程出发,研究了不同Al组分和不同温度对宽量子阱红外探测器吸收光谱的影响。当体系的费米能级固定后,发现量子阱基态束缚能随着A1组分增长而变大,且相应的吸收光谱峰值趋于短波。环境温度对A1GaAs/GaAs量子阱红外探测器的响应光谱影响不大。通过理论计算定量给出了A1GaAs/GaAs量子阱红外探测器吸收光谱随量子阱阱宽、Al组分和温度变化的规律。     

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。     

大功率808nm AlGaAs/GaAs宽波导量子阱激光二极管

设计与制作了大功率808nm AlGaAs/GaAs宽波导激光二极管.器件的Al0.35Ga0.65As波导厚度提高到0.9μm,宽波导会引起高阶模的激射.为了抑制高阶模,Al0.55Ga0.45As限制层厚度降低到0.7μm,同时确保基横模的辐射损耗在0.2cm-1以下.采用MOCVD进行材料生长,得到了高性能的器件,100μm条形激光二极管的最大输出达10.2W.     

大功率808nm AlGaAs/GaAs宽波导量子阱激光二极管

设计与制作了大功率808nm AlGaAs/GaAs宽波导激光二极管.器件的Al0.35Ga0.65As波导厚度提高到0.9μm,宽波导会引起高阶模的激射.为了抑制高阶模,Al0.55Ga0.45As限制层厚度降低到0.7μm,同时确保基横模的辐射损耗在0.2cm-1以下.采用MOCVD进行材料生长,得到了高性能的器件,100μm条形激光二极管的最大输出达10.2W.     

Photoluminescence in n and p modulation-doped GaInNAs/GaAs quantum wells

Experimental results concerning the steady-state photoluminescence (PL) studies in n and p modulation doped and undoped GaInNAs/GaAs quantum wells are presented. The effects of modulation, type of doping and nitrogen concentration on the PL and the temperature dependence of the band gap, carrier localization and non-radiative recombination are investigated. Increasing the nitrogen composition decreases energy band gap as expected. The n-type modulation doping eliminates most of the defect-related effects and blue shifts the energy band gap. However, the p-type doping gives rise to additional features in the PL spectra and red shifts energy band gap further compared to the n-type-doped material.