论文部分内容阅读
超辐射发光管(Superluminescent Diode，简称SLD)是一种具有内增益的非相干半导体发光器件。其光学特性介于半导体激光器与发光二极管之间，与激光器相比，超辐射发光管有更宽的发光光谱、更短的相干长度；与一般发光二极管相比，超辐射发光管的输出功率更高、发散角更小、与光纤的耦合效率更高。超辐射发光管这些优异的性能使得它在光纤通信、光纤陀螺仪、光学相干层析成像技术等多方面具有广泛的应用。
本论文以自组装量子点材料作为有源区，以宽光谱、大功率超辐射发光管器件为最终目标，对量子点超辐射发光管的数值模拟、宽光谱量子点材料的分子束外延生长以及量子点超辐射发光管器件的制作进行了较为系统的研究。具体内容和主要结果如下：
(1)对量子点超辐射发光管材料和器件进行了较为系统的数值模拟，考察了量子点材料参数(如尺寸分布不均匀性)、器件工艺参数(如腔长、电流注入区形状等)以及工作参数(如注入电流)对器件的输出功率、输出光谱的影响。所得模拟结果对于实际器件的设计和制作有指导意义、对于器件结果的分析很有帮助；
(2)提出利用部分耦合量子点结构生长宽光谱量子点材料的方法，并采用分子束外延技术生长了多层部分耦合InAs/GaAs量子点材料，研究了GaAs间隔层厚度对多层耦合量子点在结构及光学性质上的影响，实现了光谱宽度达155纳米的光致发光；
(3)利用In原子在AlGaAs表面比在GaAs表面迁移速率小、更容易得到具有较大尺寸非均匀性量子点的事实，采用AlGaAs做为缓冲层生长了宽光谱InAs/AlGaAs量子点材料，实现了光谱宽度达158纳米的光致发光和光谱宽度达143纳米的电致发光；
(4)在GaAs衬底上生长了多层堆垛的InAs/GaAs量子点材料，得到了室温1.3微米光致发光。研究表明，该量子点材料具有良好的结构和光学性质。此研究结果为生长GaAs基长波长量子点材料提供了一种新的可供选择的方法；
(5)制备出宽光谱、大功率量子点超辐射发光管器件。指标如下：室温脉冲工作、光谱宽度达110nm，输出功率达32 mW，中心波长为1.1μm。该器件指标为目前可见报导的1.0-1.1μm波段的最好结果。同时，还考察了腔长、腔面镀膜等器件工艺对器件性能的影响。