940nm应变量子阱激光器及其可靠性研究

摘要

940nm应变量子阱半导体激光器是近几年来国际上受到高度重视，具有广阔应用前景和发展十分迅速的一种新型半导体激光器。 本论文从器件设计、材料生长和可靠性分析等方面所做的工作如下：分析940nmInGaAs/GaAs/AlGaAs应变量子阱激光器的有源层、波导层及限制层等结构参数对器件阈值电流及其温度特性、发散角、效率的影响，并对激光器的阱层、波导层、限制层厚度和组分进行了优化设计。优化了目前常用的远场发散角近似公式，通过模拟计算表明：我们的近似公式在半导体激光器实际使用的波导层范围，具有很好的精度，可以大大简化计算，为器件结构的设计提供了便捷的依据。利用VGV80H分子束外延系统对GaAs、AlGaAs单晶材料及InGaAs/GaAs/A1GaAs应变量子阱结构材料进行了外延生长。分析了生长温度、生长速度、Ⅴ/Ⅲ族束流比、衬底偏向、掺杂、椭圆缺陷等条件对生长质量的影响。利用高能电子衍射(RHEED)、光荧光(PL)、双晶X射线衍射、电化学C-V、扫描电镜(SEM)等手段对材料进行了检测和分析，获得了高质量应变量子阱激光器材料生长的最佳工艺条件。对940nm应变量子阱激光器进行了可靠性分析，采用大光腔结构、n型GaAs作为阻挡层及氦离子注入形成非电流注入区、金锡合金焊料的管芯烧结技术有效地提高了COD的阈值。　　采用MBE方法获得了高质量的940nm波长应变量子阱激光器外延材料，材料的阈值电流密度分别低达190A/cm2(腔长为800μm)及175A/cm2(腔长为1800μm)。采用大光学腔结构，成功地获得了远场垂直发散角为29.6°的高光束质量940nm应变量子阱激光器。单条激光器连续输出功率达2W，斜率效率0.98W/A。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1半导体激光器

1.2 940nm应变量子阱激光器

1.2.1 940nm应变量子阱激光器的应用前景

1.2.2 940nm应变量子阱激光器的发展及现状

1.2.3 940nm应变量子阱激光器的关键技术

1.3本论文的主要工作及结果

第2章理论分析

2.1能带结构、晶格失配、应变及临界厚度

2.2 940nm激光器的工作波长

2.3 InGaAs/GaAs量子阱的阈值特性

2.4量子阱激光器的输出特性

2.5波导结构的转移矩阵分析

2.6远场发散角近似公式的优化

第3章激光器的器件设计

3.1波导结构设计

3.2缓冲层的设计

3.3限制层的设计

3.3.1组分设计

3.3.2厚度设计

3.4腔面镀膜设计

3.5 COD高阈值功率设计

3.6高质量光束应变量子阱激光器结构的设计

第4章940nm激光器的分子束外延生长

4.1分子束外延(MBE)技术概述

4.2分子束外延生长原理

4.3分子束外延工艺简介

4.4影响外延生长质量的因素

第5章可靠性研究

5.1 940nm应变量子阱激光器失效及退化机理

5.2提高半导体激光器可靠性的方法

5.3半导体激光器退化实验分析

第6章940nm波长应变量子阱激光器的研制及测试

6.1 940nm波长InGaAs应变量子阱激光器的研制

6.2高功率量子阱激光器材料的特性分析研究

6.2.1 X射线双晶体衍射测量

6.2.2场发射扫描电子显微镜(SEM)

6.2.3光致荧光谱(PL)

6.2.4电化学C-V测试

6.2.5电致发光谱(EL)

6.3激光器的工艺制作与器件特性

6.3.1工艺制作简介

6.3.2器件特性测试

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的文章