970nm应变量子阱超辐射发光二极管的研究

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超辐射发光二极管(SLD)是一种新型的半导体光电发光器件,它将高定向激光二极管(LD)光束与发光二极管(LED)非相干宽带二者发光特性相结合。理想的超辐射光是相位不同的非相干光源也称作短相干光源。SLD光束方向性的提高使其在与透镜系统或光纤的耦合中效率大大提高,可以应用在精确旋转测量的导航系统的光纤陀螺仪中,也被广泛应用于生物医学和基于光学相干层析(OCT)的工业成像等领域。为了填补OCT光学相干层析成像在970nm波段的光源应用,本文主要对大功率、宽光谱的弯曲脊形超辐射发光二极管进行了研究。(1)基于应变补偿理论和有限深度的势阱函数本征-微分方程,对三量子阱In Ga As/Ga As材料体系外延结构,激射波长与阱宽的关系进行了仿真模拟。模拟表明,In组分相同时,激射波长随着阱宽的增加而增加。(2)基于光束传播法(BPM)和时域有限差分法(FDTD)建立了分析模型,模拟并分析了弯曲脊形超辐射发光二极管不同结构参数(刻蚀深度、曲率半径、脊形宽度)对波导损耗的影响和不同脊形结构倾斜端面(倾斜角度、发射波长)对模式反射率的影响。结果表明,弯曲脊形波导的刻蚀深度和曲率半径是影响波导损耗的重要因素。刻蚀深度较浅使波导对光场的限制作用较弱,过小的曲率半径会使模式传输泄露严重,损耗大大增加。脊形宽度越大波导损耗越小,对波导损耗影响较小。倾斜脊形波导结构的倾斜角度是抑制模式反射率的主要因素,随着倾斜角度和脊形宽度的不断增加,模式反射率呈现逐渐减小的趋势,并在特定的角度形成奇点达到最小值。当发射波为合成波时,奇点消失并填补了模式反射率的最小值。随着刻蚀深度的增加模式反射率越大,奇点发生的角度产生了向小的倾斜角度偏移。(3)通过对制备工艺:光刻、显影、ICP干法刻蚀、欧姆接触、及减薄抛光等工艺参数的优化,并且为了提高器件的光学腔面损伤阈值及寿命,对器件蒸镀了腔面膜,制备了弯曲脊形波导脊形宽度4μm、脊形高度1.4μm的970nm超辐射发光二极管。并对器件进行了测试,测试结果表明:室温条件下,干法刻蚀工艺制备的器件在注入电流1000m A下最大输出功率为74m W。中心发射波长为970nm,光谱半峰全宽达到24nm以上。
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