量子阱垂直腔面发射半导体激光器的优化与电路模型分析

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1、华南师范大学硕士学位论文量子阱垂直腔面发射半导体激光器的优化与电路模型分析姓名：吴文光申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：范广涵20050528华蠢簿范大学矮士擎整论文摘要半导俸激淹器是⋯稚瞧致发走器传，爨60年代发明戳来，锈翔了逐猛静发展。随着其新结构与新材料出现以及其器件功能的不断扩展，它程越来越多的领域锝到了广泛的盛翊，如熙遁信、光存储、军事、生物等各方覆。垂蠢黢蕊发射半导体激光器(VCSEL)竣荬毙束发散角，j、、黧形光斑易’F与光纤藕合、檄艇的光学谐振腔易于实现动态单纵模工作、表面出射筠于二维列阵嚣l

2、孛的集成以及辍低的功率消耗有可能出CMOS咆鼹袁接驱动等优势已经或必光计算、毙蚕迄、光学僖怠处理、走逶臻、神经弼络簿系统瓣理想光源。与照同时，随着分予柬#I-延(MBE)和金属有机化学气相沉积(MOCCVD)等生长技术的发攫，使VCSEL器传性能樽以飞速提赢。VCSEL自从采用了黧予阱结梅盛憔雒大大改蒋，僮是量子隆游数静多少才合理一真是一个重要的课题。通常对于有半导体激光嚣应用豹系统来说，激光器楚此系统韵关键部件，激光器本身的敞态对于整个系统豹接蘸蠢至关重要的影镌，所戳激光嚣与外围驱动电路作为一个体系来分析熟性能特征怒很有必要的

3、，摄而易见，对半导体激光器定模鄂构造其邀鼹模型鸯勃于其在系缀巾貔裔效应嬲。本论文的主要工律如下：1．本论文采用光增虢与载流子浓殿的对数关系，考虑到非辐射复合的影响，献理论上攘鼯趣多量予戮蘧壹腔覆发射半导体激光嚣(VCSEL)的速率方程。讨论了阂值电流密度、最佼辫数等与嚣彳牛参数(腔长萃疆端谣反射率)之闯的依赖必系。为改善VCSEL阈值特性和优化器件结构提供了理论依据。2，介绍了，0令舂特魏均进较典型鹣半导嚣激光器的定搂工终，它翻是阕旗以下的半导体激光器、双辨质结半导体激光器及多模半导体激光器，主要了勰激光器定模的腻理、方法及～些

4、处理技巧，对后面量予阱激光器的怒模起一个向导接蠲。3。详细说明了确定半释体激光器速率方程的一拽整要参量的方法。如载流予在SCH区的输运时间；爨予阱对载流予的捕获是⋯个复杂的过程，文中给出了蟹予臻获对潮瓣{}葵方法以及实验证明；光增益是关键豹参量，它豹勰辑式襁警繁琐，由实验曲线撒合其较为简明的懿验式，对定模工作是有利盼。华南师藏大学硬±学位论文4．通过分析垂直腚甄发射半导体激光器的速率方程，考虑到载流予在SCH中的输运情况，建立了等效电路模。通过对电路对模型进行模拟．得到了频率响应魏线，磐对襞获鹃缝果遂露比较淫论。关键词：半导体激

5、光器；量子辨；VCSEL；电路模型。4华嘉好藏大学硬士学位论文AbstractSemiconductorlaser(LD)whichisacurlent-drivendevicehasgottenadrasticdevelopmentsinceitwasinventedin1960s，Withnewstructuresand’materialsemergingandcontinuousexpandingofdevicefunctions，LDisapp越edformoreandmoledomainsextensivelysuch

6、asopticalcommunicationandaccess、militaryaffairs、biologyandSOfortheVertical—cavitysurface-emittinglasers(VCSEL)havebecometheideallightSOtlTceSforopticalinterconnections，opticalfreespacecommunications，opticalsignalprocessingandneuralnetworksbytheirattractivefeaturessuc

7、haslowdivergenceangles,circularbeamscompatible潮氇opticalfibers。inherentsinglelongitudinalmodeoperationduetoshortcavitylengths，surface-emittingeasytothehi曲density2Darrays．andpossiblelowerdrivingvoltagewhichenablesdirectdrivebyCMOScircuits+Atthesametime，thedevelopmentso

8、fmolecularbeamepitaxy(MBE)andmetalorganicchemicalvapordeposition(MOCVD)havemadethecharacteristicsofthedevicesimprovedrapidly．Thefun