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遂道结吸收损耗及其对新型大功率激光器特性影响的研究

作　者: 李爽
导　师: 沈光地
学　校: 北京工业大学
专　业: 半导体器件与微电子学
关键词: 大功率半导体激光器、GaAs隧道结、吸收系数、自由载流子吸收、重掺 杂、激光模式。
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2000年
下　载: 70次
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内容摘要


由于半导体激光器具有体积小、阈值电流低、转换效率高、功耗小、电流直接调制，传输信号速率高、可靠性好、寿命长、辐射波长覆盖范围宽等优点，在许多领域得到了广泛的应用。特别是大功率半导体激光器由于具有广泛的应用前景，是目前研究和产业化的热点和焦点。 本论文首先分析了普通结构大功率半导体激光器目前存在的主要问题和限制，然后详细介绍了沈光地教授提出的新型高效多有源区隧道再生量子阱激光器的工作机理。并且将新型激光器与普通结构激光器进行对比，对内量子效率、外微分量子效率、光功率转换效率以及阈值电流密度等特性进行了分析。总结出新型激光器具有提高量子效率，解决大电流密度下的电热烧毁，通过增大近场光斑面积来解决灾变性端面损坏并且改善光束质量等优越性。在此基础上归纳了设计新型激光器时应该注意的两个主要问题。 通过对已经制备的新型激光器的特性进行测量和分析，验证了沈光地教授提出的多有源区隧道再生激光器的机理，获得了量子效率大于1的多有源区隧道再生激光器。 根据实验结果，我们提出了GaAs隧道结对980nm光吸收损耗大是新型激光器难以实现基模激射的主要原因的观点。在此基础上，通过对隧道结中可能存在的吸收损耗机制进行全面的分析，定性地确定了造成隧道结严重的吸收损耗两种机制：在隧道结的未耗尽区中由于很高的自由载流子浓度造成的带内跃迁吸收损耗；在隧道结的耗尽区中（主要是在隧道结的界面附近）由于很强的自建电场和重掺杂形成的带尾导致带隙收缩引起的严重的带间跃迁吸收损耗。接着使用双光束红外分光光度计测量了重掺杂GaAs材料在带边以下及附近波段的吸收系数，根据实验数据拟和出在GaAs材料中980nm光吸收系数与自由载流子浓度的关系，并且利用经验公式估算了隧道结耗尽区中吸收系数的大小。为进一步优化设计吸收损耗小的的隧道结奠定了基础。 根据对隧道结中吸收损耗的分析、估算和实验测量的结果，我们对隧道结进行了优化设计，得到了对于980nm光吸收损耗小的AlxGa1-xAs隧道结，并且利用这种隧道结设计制备了三有源区隧道再生量子阱激光器，实现了基模激射。

全文目录


致 谢  5-6
中文摘要  6-7
英文摘要  7-9
第一章 绪论  9-18
  1．1 半导体激光器的发展和应用  9-13
    1．1．1 半导体激光器的发展  9-12
    1．1．2 半导体激光器的应用  12-13
  1．2 大功率半导体激光器及其应用  13-16
    1．2．1 激光二极管泵浦的固体激光器（DPSL）  14-15
    1．2．2 掺饵光纤放大器（EDFA）  15-16
  1．3 本论文的主要工作  16-17
  参考文献  17-18
第二章 新型高效大功率半导体激光器的提出、原理和设计要点  18-32
  2．1 普通大功率半导体激光器存在的问题和限制  18-23
    2．1．1 量子效率接近理论极限  19
    2．1．2 大电流工作时存在的问题  19-21
    2．1．3 灾变性端面损坏（COD）  21-23
  2．2 新型大功率半导体激光器的工作机理  23-26
  2．3 新型激光器和普通结构激光器特性的分析和对比  26-28
    2．3．1 内量子效率  26
    2．3．2 外微分量子效率  26-27
    2．3．3 光功率转换效率  27-28
    2．3．4 阈值电流密度  28
  2．4 新型激光器的设计要点  28-30
    2．4．1 隧道结的优化  28-29
    2．4．2 光耦合与载流子限制的问题  29-30
  本章小结  30-31
  参考文献  31-32
第三章 量子效率大于1的新型激光器  32-48
  3．1 隧道结电学特性分析与制备  32-39
    3．1．1 隧道结电学特性分析  32-37
    3．1．2 GaAs隧道结的制备  37-39
  3．2 量子效率大于1的新型多有源区隧道再生量子阱激光器  39-44
    3．2．1 新型双有源区隧道再生量子阱激光器  39-42
    3．2．2 新型三有源区隧道再生量子阱激光器  42-44
  3．3 GaAs隧道结光吸收损耗对新型激光器模式特性的影响  44-47
  参考文献  47-48
第四章 隧道结中吸收损耗的分析和实验测量  48-69
  4．1 隧道结中吸收跃迁机制的理论分析  48-60
    4．1．1 带间本征吸收跃迁  49-56
    4．1．2 带内跃迁吸收  56-60
  4．2 重掺杂GaAs吸收边以下及附近吸收系数的实验测量  60-65
    4．2．1 实验方案的选择  60-61
    4．2．2 透过率法的实验原理、实验设备和具体方法  61-62
    4．2．3 样品的制备和参数  62-63
    4．2．4 实验结果和数据分析  63-65
  4．3 GaAs隧道结对980nm光的吸收损耗  65-66
    4．3．1 耗尽层外的带内跃迁吸收损耗  66
    4．3．2 耗尽层中的带间跃迁吸收损耗  66
  本章小结  66-67
  参考文献  67-69
第五章 隧道结的优化设计与基模激射的隧道再生激光器  69-75
  5．1 隧道结的优化设计  69-71
    5．1．1 用低Al组分的Al_xGa_（1-x）As代替GaAs材料制备隧道结  69-70
    5．1．2 增加p型GaAs一侧耗尽层宽度和降低隧道结生长厚度  70
    5．1．3 小吸收损耗隧道结的设计  70-71
  5．2 基模激射的隧道再生量子阱激光器  71-74
  本章小结  74
  参考文献  74-75
结束语  75

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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