1053nm超輻射發(fā)光二極管.pdf

1、超輻射發(fā)光二極管是一種介于半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管之間的新型光源，結(jié)合了兩者各自的特點(diǎn)，具有相干長度短、光譜寬、輸出功率高、工作穩(wěn)定性好等工作特性，廣泛應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域，有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，近年來在國?nèi)外均有大量的研究和報(bào)導(dǎo)。1053nm發(fā)射波長的超輻射發(fā)光二極管是一種新型的半導(dǎo)體發(fā)光器件，在光學(xué)傳感與測量、光學(xué)相干層析成像技術(shù)、激光器種子源等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，目前國內(nèi)尚沒有同種器件的研制報(bào)導(dǎo)。對于應(yīng)變量子阱超輻射發(fā)光二極管來說

2、，如何在輸出功率和光譜寬度兩個(gè)方面進(jìn)行選擇是非常重要的，而這又與器件芯片外延層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生長強(qiáng)烈相關(guān)。
　　 本文對1053nm超輻射發(fā)光二極管的研究和制作進(jìn)行了詳細(xì)的論述。首先對量子阱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光理論進(jìn)行了分析，通過應(yīng)變量子阱理論進(jìn)行計(jì)算，得到了最重要的有源區(qū)材料的結(jié)構(gòu)與厚度，即材料選用In組分為0.35的InGaAs合金，厚度為5.5nm，并用金屬有機(jī)化學(xué)氣相外延技術(shù)(MOCVD)低溫生長方法進(jìn)行外延片生長，經(jīng)過PL譜

3、測試，確認(rèn)得到了高質(zhì)量的外延結(jié)構(gòu)；討論了芯片各個(gè)外延層的材料選擇與設(shè)計(jì)，采用了漸變折射率分別限制異質(zhì)結(jié)單量子阱結(jié)構(gòu)，在有源區(qū)和漸變層之間加入了GaAs隔離層，限制層AlGaAs合金中Al的組分為0.65；然后，著重分析了影響超輻射發(fā)光二極管各種性能的參數(shù)，根據(jù)對脊波導(dǎo)的傳輸方式進(jìn)行的分析和計(jì)算，基于計(jì)算機(jī)模擬軟件，對不同情況下的脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與限制因子的關(guān)系進(jìn)行了仿真及結(jié)果討論，確定并優(yōu)化了脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，設(shè)定脊高為0.5μm，包層厚度0.2μ

4、m，得到了質(zhì)量較高的側(cè)向限制；根據(jù)光學(xué)折射原理，設(shè)計(jì)了器件前后端面的ZrO2單層增透膜，獲得了理想的透射系數(shù)，實(shí)現(xiàn)高比率單程增益；最后，對超輻射發(fā)光二極管芯片的工藝流程進(jìn)行跟蹤及優(yōu)化，設(shè)計(jì)了重復(fù)性好的工藝流程，對器件的可靠性和失效原理進(jìn)行了詳細(xì)分析，制作出了合格的器件芯片。最終得到的超輻射發(fā)光二極管成品，在工作電流為150mA時(shí)，光譜中心波長為1052.6nm，光譜寬度為27.74nm，輸出功率為4.4mW，與國外相同水平的器件參數(shù)接近