文档介绍：半导体激光器的设计和工艺
黄永箴
中国科学院半导体所,光电子研发中心
集成光电子国家重点实验室
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一. 半导体激光器的基本结构
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• -Perot谐振腔(纵模)
• 3. 侧模控制(基侧模)
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• 5. 动态单模半导体激光器
• 6. 波长可调谐半导体激光器
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• 1. 平板波导的模式,TE和TM模
• 2. 光限制因子和模式增益
• 3. 一维多层波导结构(VCSEL)光场分布
• 4. 半导体激光器镜面反射系数
• 5. DFB激光器的藕合模理论
• 6. DFB半导体激光器的一维模拟
• 7. 等效折射率近似
• 8. 数值模拟
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• 1. 费米分布函数及跃迁速率
• 2. 电子波函数及跃迁矩阵元
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• ,跃迁矩阵元和增益谱数值结果
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四. 速率方程和动态效应
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• 3. 共振频率和3dB带宽
• 4. 载流子输运效应对带宽影响
• 5. 开启延迟时间
• 6. 线宽增宽因子和动态频率啁啾
• 7. 自发辐射引起的噪声
• 8. 相对强度噪声
• 9. 模式线宽
• 10. 多模速率方程
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一. 半导体激光器的基本结构
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双异质结构实现:
1. 载流子的超级注入
2. 光场限制
3. 载流子限制
(a) 单面注入和超级注入
(b)电场下电子的漂移
(c) 电子和光限制
(d)隧穿
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第一个室温连续的电注入双异质结构半导体激光器(1970
年)以及半导体激光器阈值电流密度随时间的变化
• 1970年第一支RT-CW GaAs/AlGaAsDH LD:
Z. Alferov, IEEE , vol. 6, (2000)
(第一支RT-CW µm GaInAsP/InP LD, JJAP, , ,1979)
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-Perot谐振腔(纵模)
exp(iβl+gl/2)
• r1r2exp(i2βl+gl)
r r
1 l 2
r1r2exp(i2βl+gl)=1
阈值条件
: r1r2exp(gl)=1 r2exp(iβl+gl/2)
谐振条件: 2βl=2mπ(m纵模数, β=2πn/λ)
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⇒纵模间隔δλ=λ/(2ngl)
群折射率 ng=n-λdn/dλ一般比折射率 n大20~30%
在GaAs和InGaAsP 双异质结边发射激光器中ng=4~
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3. 侧模控制(基侧模)
电极质子轰击区
氧化物
P-限制层
有源层
N-限制层
(a) (b)
非自建的增益波导,即光波导是由注入载流子形成的增益空间分布
构成的:(a)氧化物只在电极处限制电流注入; (b)质子轰击在半导体
中形成电流注入通道。
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