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光纤通信的快速发展对集成光电子器件的需求越来越大,要求也越来越高。由于电吸收调制分布反馈激光器(EML)具有工作电压小、尺寸小、啁啾小和成本低等优势而成为大容量、长距离光纤通信系统的理想光源。本论文以提高InP基EML器件特征温度和降低器件温度敏感性为研究重点,选取简单可靠的集成技术展开了以下研究工作:
1.设计并制作了隧穿注入结构的量子阱激光器,验证该结构对提高器件特征温度的可行性:设计了激射波长在1.51μm,注射层(电子热能化区)带隙波长1.45μm的F-P型激光器；20℃时,腔长500μm的器件阈值电流33mA,斜率效率达到0.18mW/mA；特征温度在20℃时达到160K；优化材料后的激光器阈值降低到27mA,腔长250μm器件特征温度由40K提高到66K。
2.首次采用量子阱混杂(QWI)技术并在EAM区结合QCSE效应与F-K效应,成功地实现了隧穿注入结构的量子阱激光器与电吸收调制器的集成,可实现宽温度范围工作:室温下阈值30mA,斜率效率0.08mW/mA；特征温度比传统InGaAsP量子阱结构显著提高,达到70K;消光比大于7dB,超过同方法制作的传统InGaAsP量子阱结构EML的两倍；消光比曲线在20℃-40℃间变化极小,对温度不敏感。
3.研究了可用于EML器件制作的量子阱混杂(QWI)技术。选取低能磷离子注入诱导混杂技术,实现量子阱材料的波长蓝移。针对EML器件的特点,降低了退火温度,延长退火时间,可以实现蓝移量的缓慢变化,提高材料制备的可重复性。可稳定控制并实现量子阱材料荧光峰值波长50nm-90nm蓝移量,应用于EAM的有源区。
4.与北京大学物理学院合作,国际上首次提出选区金属键合方法实现InGaAsP和Si的混合集成激光器,实现了室温连续电泵浦激射:在脉冲电流条件下测试得到了1.7kA/cm2的激射阈值电流密度和0.05mW/mA的斜率效率；在连续电流下最大输出光功率达到0.45mW,激射波长1550nm。