InAs/GaAs量子点半导体光放大器理论研究与量子点制备

摘要

半导体光放大器(SOA)在光放大和全光信号处理领域中的应用十分广泛，对其特性进行改善显得尤为重要。SOA中的各种特性本质上与有源区中载流子的带内和带间特性有关，而载流子的特性最终归结于有源区的能带结构。相比较与传统体材料和量子阱，量子点能在三个维度上对载流子进行限制，并使能级产生分裂，这种特性使量子点SOA 具有了许多传统SOA 所无法比拟的优势。本文从理论和实验两个方面对量子点及量子点SOA 进行了研究。
　　 在理论方面，首先基于圆柱形量子点模型，利用k.p 微扰法中的等效单带近似算法，在考虑了应变的情况下，计算了InAs/GaAs 量子点的能带结构，分析了不同尺寸下量子点各能态的具体量子态。其次，研究了量子点中两种主要的载流子散射机制：
　　 纵波光学声子散射和俄歇散射，并分析了不同载流子浓度和温度下量子点中的超快效应，为量子点SOA的优化设计提供了指导。另一方面，提出了双电极量子点SOA 结构，并基于量子点SOA的精确数值模型研究了双电极量子点SOA中的增益和相位特性，分析了前、后电极在不同注入电流密度的情况下量子点SOA中的载流子恢复机制。
　　 另外，利用PSPICE 电路仿真软件建立了具有高收敛性，高运行效率的量子点SOA 电路分节模型，模拟了量子点SOA中的增益饱和输出等特性，并将该模型运用到了基于SOA和光学滤波器、SOA和电吸收调制器的波长转换子系统中。
　　 在实验方面，利用金属有机化合物气相沉积技术对InAs/GaAs 量子点的自组织生长进行了研究，分析了外延参数例如生长温度、生长时间和V/III 对量子点形貌特性的影响，总结了相应的生长规律。最后，研究了InGaAs 应力减小层对量子点形貌及发光特性的改善，为进一步提高量子点的生长质量打下了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

2 量子点基本理论研究

3 双电极量子点SOA研究

4 基于量子点SOA电路模型的仿真

5 InAs/GaAs量子点的自组织生长

6 全文总结

致 谢

参考文献

附录