光子晶体面发射激光器制备的研究测试分析

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1、独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：受!!!：尘乡7关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以

2、采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：辎导师签名：隧一1●●西I_．卜，‘_摘要光子晶体垂直腔面发射激光器是一种新型激光器，具有垂直腔面发射激光器有的所特点，并且光束发散角更小与光纤或其它光学器件耦合更容易、效率更高，同时光子晶体垂直腔面发射激光器还是实现单模大功率的最有效的途径。因而引起全世界科技工作者的高度关注，成为激光技术等领域的研究热点。本论文基于光子晶体的基本理论，系统地研究了GaAs基光子晶体垂直腔面发射激光器的设计、制备和光电特性等，获得了以下研究结果。(1)运

3、用平面波(PWE)展开的理论计算方法，求解分析了光子晶体结构对垂直腔面发射半导体激光器的模式影响。计算光子晶体结构带来的折射率差。通过优化结构设计，设计出性能优良的光子晶体结构激光器。(2)探索出制备光子晶体垂直腔面发射激光器的关键工艺参数，比系统的优化了工艺流程。分析了在湿法氧化工艺中氧化温度、Al组分、氮气流量等参数对氧化速率、氧化层质量的影响，并总结了氧化深度、氧化速率、氧化时间之间的变化规律。总结了精密光刻在光子晶体垂直腔面发射激光器制备中应注意事项。系统分了电子束曝光的方法中：电子束胶的选取、剂量与显影时

4、间的匹配等。同时优化了ICP干法刻蚀条件。最终，通过实验研制出一系列不同晶格常数和占空比的光子晶体垂直腔面发射激光器，制备出G啦s基850nm光子晶体垂直腔面发射激光器。(3)实现了光子晶体垂直腔面发射激光器的单横模激射，验证了光子晶体对面发射激光器的模式控制作用。搭建测试平台对光子晶体垂直腔面发射激光器光电特性、光谱特性和远场光斑等特性进行了系统的测试。经测试知光刻制备的周期a=5“m，空气孔径b=2pm的光子晶体面发射激光器的激射波长852IlIIl，主模线宽小于0．1m，边模抑制比大于35dB，远场发散角小于

5、100单模功率1．7mW。优化工艺条件和器件结构，利用电子束曝光制备出周期出a-2“m，空气孔径b=l“m七孔缺陷光子晶体VCSEL，器件激射波长848m，主模线宽小于O．06nm，器件在不同注入电流下边模抑制比均大于30dB，远场发散角小于60，单模功率2．3mW。关键词：光子晶体；垂直腔面发射激光器；单横模一，l亡IIJ．一，。●‘AbstractPhotomcc巧stalVenicalcavnySurfaceemitting1aSe瑙(PhC—VCSEL)isnovelstylel鹊er．Th韶el鹊erSh

6、aVemanyadVantagessuch鹊theoutputopticalbe锄wim锄alldiVergcncespacean酉e，thedynamicsin西elon西tlldemodeaIldspace．锄ittingmode，whichisduetoitsspecialspacestructureandthemicro．scale．Andalso，thedeVicehasia唱eopticalaperturcandstablesinglet啪sversemode，sothePhC—VCSELc锄0pera

7、teiIlsin百cmodewithhi曲outputpow％andh鹊higllcouplinge伍ciencywimsingle—mode6b％Thercfore，tllesehaVeb∞n撕scn觚at仃actiVeatt即tionbyscience觚dtecIlIlolog)，workers，a11dhaVebecomearesearChbri曲缸lessincondellsedl嬲crtechnology．Inthisdissertation，thetheoreticalsimulationofthePh

8、C—VCSEL，锄dtIled韶ign’thefab—cationandthephotoelect—cpropeftiesofPhC—VCSELhaVebecnsystemicallystlldiedbaSingonthethe0叫ofphotoniccrystal．Theseresultsare嬲follows：(1)1’llecharacteristic