1.3微米波段高模式增益InAs/GaAs量子点激光器

GaAs基InAs应变自组织量子点体系因其优越的光电性能，成为替代目前InP基材料，制备光通信用1.3微米波段半导体激光器的热门材料之一。本项目拟优化MOCVD外延生长工艺参数，提高自组织InAs量子点阵列面密度及改善其均匀性，并分析生长参数对量子点质量的影响。拟采用较低In组分作为应变减小层（In组分小于15%），抑制或减小在高温退火过程中引起的量子点发光波长兰移，实现激光器基态发射波长在1.3微米波段。设计并制备多层（3-5层）自组织InAs/GaAs量子点激光器阵列结构，优化量子点的面密度以及GaAs势垒层，AlGaAs波导层和限制层的生长参数，加强量子点中的载流子限制。分析影响激光器阈值电流密度和模式增益的主要参数,获得最佳生长工艺条件。本项目为制备InAs量子点激光器提供理论和技术基础，实现具有高模式增益特性的室温GaAs基1.3微米波段的InAs量子点激光器。

近年来，由于量子点具有其它体材料所不可比拟的优越性，越来越被人们关注，所以量子点材料的制备和性质的研究，是当今社会最前沿的科学技术，尤其是Ⅲ-Ⅴ族体系的一些材料具有非常广阔的应用前景。.本文分析了对量子点形成的影响因素，利用原子力显微镜（AFM）和扫描电镜（SEM）等手段研究了生长条件、生长温度、生长速率、沉积厚度对量子点的面密度，平均高度，表面形貌等一些性质的影响，并给出了合理的解释。.利用MOCVD外延生长技术，调节InAs/GaAs量子点材料的生长参数，获得了高密度（~5×1010cm-2）的InAs量子点。室温光荧光谱表明，覆盖厚度为5nm的InGaAs（In组分为12%）应变减小层的量子点材料的基态发光波长和光谱线宽分别为1.346μm 和 24meV。该结果表明利用较低的生长温度生长InAs量子点和较高In组分的InGaAs应变减小层的量子点材料，可以实现量子点材料的发光波长红移，以及获得良好的光学特性。对InAs量子点进行荧光光谱实验，实验表明生长出InGaAs应变减小层的应变量子点材料的基态出射波长达到1.3μm以上。研究发现，InGaAs应变减小层可以有效的减小InAs量子点中的应变，提高量子点的生长质量，可以在室温的情况下探测到较强的发光峰。测试结果表明我们在GaAs衬底上获得的高密度InAs量子点具有良好的光学特性。.本文研究了InAs量子点的生长条件，优化了生长温度、沉积厚度等生长参数。量子点的尺寸和密度主要与生长温度和InAs沉积厚度有关。通过引入Sb表面活化剂进行实验，获得了优化的生长条件。我们优化了制备尺寸不同、密度相近的两种量子点的生长条件，并将其应用于InAs/GaAs量子点激光器的制备。.通过优化量子点的生长条件，可以明显改善激光器的阈值电流密度，提高激光器基态模式增益。从而实现了InAs/GaAs量子点激光器激射波长为1.30～1.35m，阈值电流密度为160-220A/cm2；基态模式增益达到25-30cm-1。