InGaAsPInP量子阱激光器的模型分析

华南师范大学

硕士学位论文

InGaAsP/InP量子阱激光器的模型分析

姓名：陈贵楚

申请学位级别：硕士

专业：微电子与固体电子学

指导教师：范广涵

20040501

华南师范大学硕士学位论文

摘要

半导体激光器是一种电致发光器件，自６０年代被发明以来，得到了迅猛的发展。随着其新结构与新材料出现以及其器件功能的不断扩展，它在越来越多的领域得到了广泛的应用，如光通信、光存储、军事、生物等各方面，因此关于半导体激光器的有效应用也是一项值得研究的课题，有重要的现实意义。通常对于有半导体激光器应用的系统来说，激光器是此系统的关键部件，激光器本身的状态对于整个系统的性能有至关重要的影响，所以激光器与外围驱动电路作为一个体系来分析其性能特征是很有必要的，显而易见，对半导体激光器定模即构造其电路模型有助子其在系统中的有效应用。

ＩｎＧａＡｓＰ四元系长波长量子阱激光器是目前在高速光纤通信中应用最为广泛的一类激光源，构建其电路模型有助于完成光发射机的优化设计，这对于高质量的光通信传输系统有非常重要的意义。围绕以对此类激光器的定模为中心，本文的工作主要如下：

１．对ＩｎＧａＡｓＰ量子阱材料生长、测试及器件制作工艺作了详细的说明，ＩｎＧａＡｓＰ四元系材料的ＭＯＣＶＤ高质量生长需要调整很多参数如Ｖ／ｍ、中断时间等；三种检测手段（ｘ射线双晶、ＰＬ光荧光、ＥＣＶ）能保证材料生长的质量；激光器的后续制作工艺如腐蚀、电极制备、解理等对器件的运作性能也有重要的影响。２．介绍了几个有特色的比较典型的半导体激光器的定模工作，它们是阈值以下的半导体激光器、双异质结半导体激光器及多模半导体激光器，主要了解激光器定模的原理、方法及一些处理技巧，对后面量子阱激光器的定模起一个向导作用。３．详细说明了确定半导体激光器速率方程的一些重要参量的方法，如：载流子在三维ＳＣＨ区的输运行为对激光器的调制特性有较大影响；量子阱对载流子的捕获是一个复杂的过程，文中给出了量子捕获时间的计算方法以及实验证明；多量子阱中载流子输运与分布也是相当复杂的问题，文中给出了隧穿对问与热发射时间的计算方法；光增益是关键的参量，它的解析式相当繁琐，由实验曲线拟合其较为简明的经验式，对定模工作是有利的。

４．在已发表的二层电路模型基础上提出了三层模型，在所依据的参数基本相同的情况下，对模型进行模拟，并对所获的结果进行比较讨论。对ＧＲｏｓｓｉ提出的多量子阱激光器的电路模型进行了改造，考虑到模型的实用性，模型用多个分支电路来描述，以便在模拟时调整参数的设置相对容易，获得结果更快。另外，对［ｎＰ系量子级串激光器的定模作了有特色的工作，得到了一些有价值的结论。关键词：半导体激光器：ＩｎＧａＡｓＰ；量予阱：电路模型。

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Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｓｅｍｉｃｏｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒ（ＬＤ）ｗｈｉｃｈｉＳａｃｕｒｒｅｎｔ－ｄｒｉｖｅｎｄｅｖｉｃｅｈａｓｇｏｔｔｅｎａｄｒａｓｔｉｃｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎｃｅｉｔｗａｓｉｎｖｅｎｔｅｄｉｎ１９６０ｓ．Ｗｉｔｈｎｅｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｓｅｍｅｒｇｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｅｘｐａｎｄｉｎｇｏｆｄｅｖｉｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ＬＤｉｓａｐｐｌｉｅｄｆｏｒｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｄｏｍａｉｎｓｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙＳＵｃｈａｓｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄａｃｃｅｓｓ、ｍｉｌｉｔａｒｙａｆｆａｉｒｓ、ｂｉｏｌｏｇｙａｎｄＳＯｆｏｒｔｈ．ＳｏｔｈｅｖａｌｉｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＬＤｉＳａｗｏｒｔｈｙ－ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｓｕｂｊｅｃｔｔｈａｔｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．ＮｏｒｍａｌｌｙａｓｆｏｒａｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｉＳｃｏｎｃｅｒｎｅｄｗｉｔｈＬＤ，ｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆＬＤｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｍｐａｃｔｕｐｏｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｆｕｎｃｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｎｕｃｌｅｕｓｓｔａｔｕｓ．ＳｏｉｔｉＳｉｍｐｅｒａｔｉｖｅｔｏａｎａｌｙｓｉｚｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆＬＤｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｗｉｔｈｅｘｔｅｍａｌｄｒｉｖｅｎｃｉｒｃｕｉｔ．Ｏｂｖｉｏｕｓｌｙｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇｉｔｓｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌｉｓｕｓｅｆｕｌｆｏｒｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．

ＩｎＧａＡｓＰｌｏｎｇ－ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｑｕａｎｔｕｍｗｅｌｌｌａｓｅｒｉｓａｔｐｒｅｓｅｎｔａｐｐｉｅｄｍｏｓｔｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙｉｎｏｐｆｉｃａｌｆｉｂｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇｉｔｓｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌｃａｒｌ．ｏｐｔｉｍｔｚｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒａｎｄｉｔｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｔｏｄｅｓｉｇｎｈｉｇｈ－ｑｕａｌｉｔｉｅｄｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．ＣｙｃｌｉｎｇａｒｏｕｎｄｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌｏｆＱＷｌａｓｅｒ，ｍａｉｎｗｏｒｋｓｄｏｎｅａｒｅｍｅｎｔｉｏｎｅｄａｓｆｏｌｌｏｗ：

１．ＤｅｐｉｃｔｉｎｇＩｎＧａＡｓＰｑｕａｎｔｕｍｗｅｌｌｌａｙｅｒｅｐｉｔａｘｙ、ｍａｔｅｒｉａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｄｅｖｉｃｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｈ的ＣＶＤｅｐｉｔａｘｙｎｅｅｄｓｔｏｒｅｇｕｌａｔｅｓｏｍｅｐａ舟ｍｅｔｅｒｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇＶ／ｍａｎｄｉｎｔｅｒｖａｌ．Ｔｈｒｅｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｓｕｃｈ勰ｘ－ｒａｙｄｏｎｂｌｅｄｉｆｆｉａｅｔｉｏｎｅｒ、ＰＬｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅａｎｄＥＣＶＣａｎｅＢｓｕｒｅｔｈｅｌａｙｅｒｅｐｉｔａｘｙｑｕａｌｉｔｙ．ＩｎａｄｄｉｔｉｏｎｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇＹｌｉｋｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎ、ｅｌｅｃｔｒｉｅａｌｐｏｌｅａｎｄｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇｍｉｎ＇ｏｒａｌｓｏｈａｖｅｃｒｉｔｉｃｉｍｐａｃｔｏｎｄｅｖｉｃｅｏｐｅｎ，ｉｏｎｆｏｎｅｔｉｏｎ．

２．ＩｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｓｅｖｅｒａｌｃｌａｓｓｉｃａｌｃｉｍｕｉｔｍｏｄｅｌｓｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇＬＤｓｕｃｈａｓｂｅｌｏｗＩｔｈＬＤ、ｄｏｕｂｌｅｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅＬＤａｎｄｍｕｔｔｉｍｏｄｅＬＤ．ＩｔｃａｌｌｍａｋｅａｇｕｉｄｅｔｏｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔＱＷ－ＬＤ’Ｓｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌｂｙａｃｑｕａｉｎｔｉｎｇｓｏｍｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ、ｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇｍｏｄｅｌ．

３．ＩｌｌｕｓｔｒａｔｉｎｇｓｏｍｅｍｅｔｈｏｄｓｔｈａｔｃａｎｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＬＤ’Ｓｒａｔｅｅｑｕａｔｉｏｎｅｘｐｌｉｃｉｔｌｙ．Ｆｏｒｉｎｓｔａｎｃｅ，ＣａｒｒｉｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｉｎｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓＳＣＨｒｅｇｉｏｎｃａｎａｆｆｅｃｔｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒＣＯＩＬＳｐｉＣＵＯＵＳｌｙ．ＱｕａｎｔｕｍｃａｐｔｕｒｅｉＳａｃｏｍｐｌｉｃａ …… 此处隐藏：2313字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……