半導(dǎo)體環(huán)形激光器的研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的F-P腔半導(dǎo)體激光器不同，半導(dǎo)體環(huán)形激光器利用閉合波導(dǎo)回路作為光學(xué)諧振腔，并利用與其相鄰的bus波導(dǎo)將激光耦合輸出。一方面，它在形成激射時(shí)不需要解理面或光柵提供光反饋。另一方面，由于在波導(dǎo)環(huán)形回路中存在兩束傳播方向相反的光，所以其本身就具有理想的雙穩(wěn)態(tài)輸出特性。因此它成為實(shí)現(xiàn)全光邏輯與全光存儲(chǔ)單片集成的最具潛力的器件。隨著研究的不斷深入，其應(yīng)用范圍已從早期的集成光源和激光陀螺擴(kuò)展到光隨機(jī)存儲(chǔ)器、全光邏輯、光開關(guān)和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器等方面

2、，并在光互連、光網(wǎng)絡(luò)和光存儲(chǔ)等領(lǐng)域產(chǎn)生了重要的影響。
　　 本文采用波長(zhǎng)為1550nm的InP襯底激光器外延材料，經(jīng)過對(duì)器件結(jié)構(gòu)的精心設(shè)計(jì)和關(guān)鍵工藝的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，成功地研制出了具有單向交替?zhèn)鬏旊p穩(wěn)態(tài)工作區(qū)的半導(dǎo)體環(huán)形激光器，并對(duì)該器件進(jìn)行了電學(xué)和光學(xué)測(cè)試。主要研究?jī)?nèi)容如下。
　　 ●本文選擇具有分別限制結(jié)構(gòu)和應(yīng)變的多量子阱結(jié)構(gòu)的AlGaInAs/InP多量子阱激光器材料。這是由于AlGaInAs/InP四元系材料體系可以分

3、別調(diào)整材料的禁帶寬度和晶格常數(shù)，形成具有應(yīng)力的量子阱，大大減小閾值電流。并且含Al的材料對(duì)電子限制能力更強(qiáng)，使激光器具有更穩(wěn)定的溫度特性。
　　 ●為了滿足40GHz光通信的要求，在器件尺寸和形狀方面，設(shè)計(jì)了周長(zhǎng)為2176μm的圓環(huán)形和跑道形環(huán)形激光器。在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)方面，設(shè)計(jì)了淺刻蝕(刻蝕深度=2010nm)和深刻蝕(刻蝕深度=4170nm)兩種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。為了降低對(duì)環(huán)形激光器的背向散射，對(duì)定向耦合的bus波導(dǎo)進(jìn)行了精心的設(shè)計(jì)，并且

4、在bus波導(dǎo)上設(shè)計(jì)了集成PD以檢測(cè)其光電流。
　　 ●在制作工藝中，本文著重討論了三種關(guān)鍵工藝，波導(dǎo)隔離槽的濕法腐蝕，脊形波導(dǎo)的干法刻蝕和芯片平坦化工藝。
　　 ●器件的電學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，淺刻蝕和深刻蝕的環(huán)形激光器的電學(xué)性能良好，正向開啟電壓小于0.5V，反向擊穿電壓大于10V。
　　 ●器件的光學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，淺刻蝕的環(huán)形激光器顯示了良好的單向交替?zhèn)鬏數(shù)碾p穩(wěn)態(tài)工作區(qū)，其閾值電流為55mA。當(dāng)注入電流為61mA時(shí)