半導(dǎo)體微腔的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來，隨著現(xiàn)代超薄層材料生長技術(shù)(以分子束外延MBE和金屬有機(jī)化合物氣相沉積MOCVD等技術(shù)為典型代表)和各種超精細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展，小尺度半導(dǎo)體微腔(Semiconductor Microcavity)的研究引起人們的濃厚興趣。尤其是1992年Weisbuch等人首先在半導(dǎo)體平面微腔中觀察到光與激子強(qiáng)耦合相互作用引起的Rabi分裂后，半導(dǎo)體微腔越來越受到人們的關(guān)注，它適用于很多光通訊領(lǐng)域的器件，如激光器、光學(xué)濾波器、光波分復(fù)用器、光開

2、關(guān)、光調(diào)制器以及非線性頻率轉(zhuǎn)換器等。本文對半導(dǎo)體微腔的基本原理和理論進(jìn)行了介紹，主要工作是設(shè)計(jì)出基于砷化鎵鋁材料，低溫10K下諧振波長在800nm，腔長為5λ的半導(dǎo)體微腔，通過對實(shí)際生長微腔的常溫和低溫的反射譜的測量和仿真模擬，確定低溫下腔結(jié)構(gòu)三種材料的折射率系數(shù)，精度高達(dá)百分之一。 首先，本文對微腔激光器研究背景，發(fā)展現(xiàn)狀及幾種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了簡要介紹。并介紹了微腔激光器的理論基礎(chǔ)——腔量子電動(dòng)力學(xué)。詳細(xì)闡述了微腔中的自發(fā)輻射現(xiàn)

3、象，Rabi振蕩，微腔極化激元等。同時(shí)介紹了微腔物理最新進(jìn)展如玻色愛因斯坦凝聚，極化激元激光等。 其次，詳細(xì)介紹了微腔的重要參數(shù)、設(shè)計(jì)理論和方法。包括在半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)中具有重要地位的傳播矩陣法，計(jì)算半導(dǎo)體材料折射率的Sellmeier方程，垂直腔面發(fā)射激光器的基本結(jié)構(gòu)，多層DBR的有效反射率的分析等。 由于目前沒有砷化鎵鋁材料在低溫10K下波長800nm左右的可靠折射率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可供參考，我們從理論估算的低溫折射率出發(fā)，運(yùn)

4、用傳播矩陣法設(shè)計(jì)諧振波長在800nm，腔長為5λ的半導(dǎo)體平面微腔，通過對微腔中存在的影響激光器品質(zhì)因子的各種效應(yīng)進(jìn)行了分析，并就此對微腔激光器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化。 最后，對生長的樣品進(jìn)行了常溫和低溫的反射譜測量，并進(jìn)行一系列的仿真模擬，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬和，確定了低溫下800nm左右，三種材料的折射率系數(shù)，精度高達(dá)百分之一。 本文的研究在微腔激光器的設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體材料低溫下折射率系數(shù)的確定等方面做了一些工作，為以后微腔激光器的