量子点激光器阈值电流特性及深中心的研究

摘要

量子点激光器是一种非常重要的半导体激光器,由于量子限制效应,使得量子点激光器具有更为优越的性能,与其它材料的激光器相比,具有更低的阈值电流密度、更高的温度稳定性和更宽的调制带宽等优点。本论文主要介绍了量子点激光器的工作原理、基于InAs/GaAs、InAs/InP量子点激光器,对阈值电流密度、影响阈值电流密度的因素、深能级缺陷等方面进行了研究,并设计了量子点激光器阈值电流测量系统。本论文主要工作包括以下几个方面:
　　1.概述了量子点激光器的发展历程,可以看到量子点激光器的性能逐步提高, InAs/GaAs、InAs/InP量子点激光器,通过改变量子点尺寸发射波长范围可以在0.9-2μm之间,覆盖光纤通信的1.3和1.55μm两个重要的低损耗通信窗口,在光纤通信有很大的应用潜力,同时介绍了虚拟仪器技术的概念。阐述了半导体材料包括量子阱、量子线、量子点的概念及其相应的特点,给出量子点材料的生长方法和制备机理以及量子点激光器的工作原理。
　　2.介绍了量子点激光器的阈值电流密度特性:首先通过公式理论分析了阈值电流密度与腔长L、温度T和不同数量的原子层之间的关系,然后测试了InAs/InP量子点激光器在腔长分别为1.5mm、1.75mm、2.0mm、2.5mm时的阈值电流密度,由测量结果计算得到了腔长为无限长时对应的阈值电流密度为403A/cm2,同时测试了InAs/InP量子点激光器在不同温度和原子层数时的阈值电流密度。
　　3.设计了量子点激光器阈值电流测量系统,通过量子点激光器调制光信号的二次谐波来确定阈值电流。整个系统由驱动电源、光电转换和选频滤波电路、串口数据传输三个模块组成,使用 LabVIEW软件完成对二次谐波的采样、传输、接收和处理,二次谐波幅值最大时对应的偏置电流即阈值电流。同时对测量系统的各个模块进行了仿真。
　　4.介绍了深能级瞬态谱(DLTS,Deep Level Transient Spectroscopy)的基本原理以及描述深能级性能的三个参数—深能级的位置、浓度和俘获截面积的计算方法,对InAs/GaAs量子点激光器材料进行 I-V、C-V和深能级瞬态谱测试,得到了深能级在禁带中的位置为Ec-0.40eV,深能级的浓度为1.7×10+16cm-3,俘获截面积为2.1×10-20cm2。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2课题的研究意义

第二章 量子点激光器

2.1量子阱、量子线、量子点

2.2量子点材料的生长方法和生长机理

2.3量子点激光器工作原理

2.4本章小结

第三章 量子点激光器阈值电流特性

3.1 阈值电流密度

3.2 腔长、温度、原子层数对阈值电流密度的影响

3.3本章小结

第四章 量子点激光器阈值电流测量系统的设计

4.1阈值电流测量系统的分析

4.2 测量系统的硬件电路设计

4.3测量系统的软件设计

4.4仿真结果

4.5本章小结

第五章 量子点激光器材料中深能级的研究

5.1深能级瞬态谱的原理

5.2材料的制备

5.3实验结果

5.4本章小结

第六章 总结

参考文献

在校期间发表的论文

致谢