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随着IT数据信息处理量逐年成倍增长,光纤通信、光互连、光信号处理需要向更高速、更大容量发展。目前光通信系统中相关的光单元器件大多采用InP基GaInAsP材料。通过组分的调节可以使GaInAsP很好的生长在InP衬底上,x射线衍射测量结果表明理想情况下GaInAsP外延层和InP衬底之间的晶格失配仅为0.1％。选用GaInAsP/InP交替生长的半导体材料代替 AlAs/GaAs制作布喇格反射镜层(DBRs),可以大大简化材料的制备过程,减少缺陷,提高材料的质量,从而使器件的性能更加完善。GaInAsP为直接带隙材料时对应的波长是0.92um～1.68um,覆盖了光纤通信中最常用的波长1.3以及1.55um,是长波长光电子器件的理想材料。虽然GaInAsP/InP具有诸多优点,但由于其导带带阶小,材料折射率差小,非辐射复合率高等缺点,多年来器件的性能改进不大。GaInNAs材料的出现,解决了GaInasP/InP材料的上述缺点,近年来取得了飞速的发展。
本论文主要通过对GaInNAs材料物理性质的介绍,计算了体材料GaInNAs的能带结构和组分的关系,量子阱中电子和空穴的束缚能级和阱宽的关系。接着考虑到量子阱器件的应变效应计算了应变效应对能带结构的影响,明确了轴向应力的作用是使整个价带边上移或者下移,而且切向分量是使轻重空穴带分开,退简并。进而计算了应变效应下的半导体激光器光增益谱,得出注入载流子浓度较大时,增益谱的峰值较高,随着诱导光的频率的增大,增益开始慢慢减小。在量子阱器件中,靠近导带底附近的能级电子态密度较高,此能级对应的光跃迁增益就越大。当注入载流子浓度低于一定限度时,会引起导带的态密度急剧下降,从而引起光增益变为光吸收。最后给出电场效应对量子阱结构的光能级的影响。随着电场强度的增大,电子能量将会有蓝移现象,导带电子态密度将会增大,会使GaInNAs/GaAs量子阱激光器的阈值电流减小。