GaN基垂直腔面发射激光器的研究进展

GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种具有垂直出光结构的新型半导体激光器,其发光波长可覆盖整个可见光波段.与边发射激光器相比,VCSEL具有单纵模工作、低阈值电流、圆形对称光斑、与光纤耦合效率高以及可以制备高密度二维阵列等优点,因此被认为是下一代半导体照明、微投影、全色显示、可见光通信等应用领域的理想光源.GaN基VCSEL发展至今已经取得长足的进展,距离实现产业化应用也越来越近.本文对照目前已经发展成熟的GaAs基VCSEL的发展状况,综述了GaN基VCSEL的应用领域、发展现状、技术路线,并着重介绍了绿光GaN基VCSEL所取得的一系列进展,最后简述了GaN基VCSEL所面临的技术挑战.     

大功率垂直腔面发射激光列阵的应用

垂直腔面发射激光器（VCSEL）列阵是实现激光器高功率输出及应用的重要途径。本文针对垂直腔面发射激光器列阵从列阵器件的发展现状和应用前景方面进行介绍。     

垂直腔面发射激光器光功率-电流模型可靠性研究

主要对基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光功率-电流模型(L-T)可靠性进行了研究.综合运用非线性最小二乘法、多项式拟合及数值计算等方法,估计模型的相关参数,建立了一个比较接近实际的VCSEL光功率-电流模型.仿真结果表明:在20℃条件下,基于该模型的VCSEL温度特性与模型参数基本吻合,从而证明了模型是可靠的.     

适用于电场探头的垂直腔面发射激光器的PSpice模型

提出了一个适用于电场探头的垂直腔面发射激光器(VCSEL)的PSpice等效电路模型。该模型以VCSEL的速率方程为基础,将速率方程表征为线性电路元件组成的等效电路。通过电路仿真软件PSpice对等效模型进行模拟与分析,验证模型的实用性和准确性。     

VCSEL阵列用半绝缘砷化镓单晶生长工艺研究

VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列是一种面发射的化合物半导体有源器件,已广泛应用于激光制导、激光测距等军事电子领域。为了减少发射单元之间的高频串扰,VCSEL阵列必须生长在高电阻率和低位错密度的砷化镓衬底上。通过采用VGF(垂直梯度冷凝法)生长7.62 cm砷化镓单晶,并选取合适的温度梯度(4℃/cm左右)和低位错籽晶,同时掺入一定剂量的高纯碳粉并选用适量的无水氧化硼作为液封剂,成功地研制出低位错密度的7.62 cm半绝缘砷化镓单晶材料。     

掩埋隧道结的研制及其在1.3μm VCSEL结构中的应用

采用气态源分子束外延（GSMBE）技术在（100）InP衬底上分别了生长了δ掺杂的P^＋ -AllnAs—n^＋ -InP和P^＋ -InP—n^＋ -InP两种隧道结结构,用电化学C—V和I—V特性曲线表征了载流子浓度和电学特性,发现P^＋ -AllnAs-n^＋ -InP隧道结性能好于P^＋ -InP-n^＋ -InP隧道结。接着在（100）InP衬底上生长了包含P^＋ -AllnAs-n^＋ -InP掩埋隧道结和多量子阱有源层的1．3μm垂直腔面发射激光器（VCSEL）结构,测试得出其开启电压比普通的PIN结VCSEL小,室温下其电致荧光谱波长在1．29μm。     

垂直腔面发射激光器的原理与设计

阐述了垂直腔面发射激光器（VCSEL）的工作原理及器件的设计方案,并设计出激射波长为980nm,InGaAs/GaAs多量子阱作为发光材料,氧化物限制电流,衬底面出光的基横模低阈值的器件结构。     

一种单模垂直腔面发射激光器自混合测距系统研制

研究了一种小调制高精度单模垂直腔面发射激光器(VCSEL)自混合测距系统,根据单模VCSEL的特性曲线可知,其波长Δλ/ΔI非线性失真严重,且与调制电流幅度ΔI大小相关,该特性严重地影响系统的测距精度.通过对单模VCSEL进行小电流幅度调制以及采用专用的光电信号处理技术,明显提高了系统的测距精度.实验结果表明当使用调制电流幅度ΔIp-p=0.28 mA,调制频率fm=500 Hz对单模VCSEL进行频率调制,并且应用差频模拟锁相环(APLL)处理带有相位突变的自混合拍频信号,在采样时间为0.1 s,系统测距动态范围为50～500 mm,测距精度优于2 mm.     

GaN基垂直腔面发射激光器的研制

作者在我国大陆首次实现了GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)的激射.首先采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上进行高质量氮化物增益区的外延生长,然后在表面沉积高反射介质膜分布布拉格反射镜(DBR).将样品键合到其它支撑片上后,采用激光剥离技术将蓝宝石村底去除.再在去除蓝宝石后露出的氮化物表面沉积第二组介质膜DBR制成VCSEL.在室温光泵条件下,观察到VCSEL的激射,激射波长449.5 nm.阈值6.5 mJ/cm2,激射峰的半高宽小于0.1 nm,这些指标达到了国际领先水平.本文为进一步研制实用化氮化物VCSEL奠定了重要的基础.     

甚短距离光传输技术

介绍了甚短距离(VSR)光传输技术及其发展趋势，对VSR光传输实现中的一些关键技术进行简要论述．以12信道并行垂直腔面激光器(VCSEL)光发射及接收模块为例，讨论发射模块中12通道并行VCSEL阵列驱动电路及接收模块中前置放大器和限幅放大器集成电路的实现．测试结果表明，驱动电路每信道输出调制电流超过30mA，电路速度高达每通道3．125Gbit/s．前置放大器和限幅放大器工作速度达2．5Gbit/s．     

基于混沌光注入互耦合VCSELs获取高复杂度混沌同步信号的研究

提出了一种带光反馈的垂直腔面发射激光器(I-VCSEL)单向注入到另一个VCSEL(D-VCSEL)所产生混沌光驱动两个互耦合垂直腔面发射激光器(MC-VCSELs)获取宽带宽、高复杂度的混沌同步方案.利用自旋反转模型(SFM),数值研究了一定光注入条件下,D-VCSEL注入MC-VCSELs的强度以及MC-VCSELs之间的互注入强度对系统输出混沌信号的带宽、复杂度及同步性能的影响.结果表明:通过合理选取D-VCSEL注入到MC-VCSELs的强度以及MC-VCSELs之间的互注入强度,可有效提高耦合系统输出混沌信号的带宽和复杂度,并可同时实现MC-VCSELs之间高质量的混沌同步,且该同步对自旋反转速率γs和有源介质双折射系数γp具有较高的容忍度.     

基于混沌光注入互耦合VCSELs获取高复杂度混沌同步信号的研究简

提出了一种带光反馈的垂直腔面发射激光器(I-VCSEL)单向注入到另一个VCSEL(D-VCSEL)所产生混沌光驱动两个互耦合垂直腔面发射激光器(MC-VCSELs)获取宽带宽、高复杂度的混沌同步方案.利用自旋反转模型(SFM),数值研究了一定光注入条件下,D-VCSEL注入MC-VCSELs的强度以及MC-VCSELs之间的互注入强度对系统输出混沌信号的带宽、复杂度及同步性能的影响.结果表明:通过合理选取D-VCSEL注入到MC-VCSELs的强度以及MC-VCSELs之间的互注入强度,可有效提高耦合系统输出混沌信号的带宽和复杂度,并可同时实现MC-VCSELs之间高质量的混沌同步,且该同步对自旋反转速率γs和有源介质双折射系数γp具有较高的容忍度.     

垂直腔表面发射半导体激光器的PSPICE模型

建立了一个垂直腔表面发射半导体激光器(VCSEL)的等效电路模型,该模型以半导体激光器的速率方程为基础,将速率方程表征为由线性电路元件组成的等效电路模型.并通过通用电路模型分析软件(如PSPICE)对与其相关的简单电子电路进行分析和计算,验证了该模型的适用性与准确性.     

垂直腔面发射激光器工作电流-输出光功率强度模型参数估计方法的改进

考虑垂直腔面发射激光器(VCSEL)在稳态时载流子数和光子数关系,改进了工作电流与输出光功率强度(L-I)模型的经验公式,利用交替方向乘子法,基于实测数据确定模型的参数.该模型在考虑激光器的偏置电流受激光器温度影响的同时,还考虑了激光器内部参数之间的耦合关系.仿真结果显示,改进后的模型所得参数,代入经验L-I模型,在相同算法条件下,和实测数据之间的均方误差值比仅考虑激光器偏置电流受温度影响的L-I模型的参数估计方法降低了约1.61 d B.同时,在较高的温度下工作,改进L-I曲线工作电流的有效区间更大.     

含P—N结的石墨烯中的阿哈罗夫-玻姆效应

理论上讨论了含P-N结的石墨烯中的阿哈罗夫-玻姆效应.在石墨烯中的P-N结具有令电子发生负折射的性质,根据此一特性,考虑当四个P-N结组成一个封闭的路径并包围一个数值为ψ的磁通时电子运动的情形.分析表明,磁通将对电子的运动产生影响,使其局域流密度发生变化.     

线性P-N结温度传感器

本文详细地论述了利用P-N结测温的基本原理。介绍了高线性度的单个P-N结测温电路和利用P-N结增量电阻测温的基本电路。     

铸钢三角架结构强度检验中声发射技术应用初探

声发射是一种应变能释放行为,能反映受力结构中缺陷及其发展情况.因此声发射技术可用于结构检验.本文介绍了对某铸钢三角架结构进行强度检验中应用声发射技术,并以P-N面积作为产品分级定量依据的尝试.     

2006年国家自然科学基金项目指南:跨科学部交叉项目信息科学部

1．垂直腔面发射大功率激光器的研究(与数理科学部物理Ⅰ交叉) 研究垂直腔面发射大功率激光器及阵列模块的相关物理问题,解决结构设计及器件工艺中的关键技术, 研制连续输出功率高、长寿命的激光器和阵列模块．     

采用含氯氧化慢降温工艺减少P-N结漏电流

本文就P-Mos集成电路使用无位错直拉单晶时P-N结漏电流的机理进行了分析。通过实验指出,影响P-N结漏电流的主要原因与氧化层错和位错等缺陷有关。对〈100〉、〈111〉两种单晶大量重复对比实验,证明采用含氯氧化与慢降温相结合的吸杂工艺对减少P-N结漏电流的效果较好。使P-N结特性参数V_(BR)、I_R合格率由过去不合氯氧化工艺的百分之几提高到95%以上,漏电流I_R降低了1～2个数量级。     

高精度宽动态范围单模VCSEL自混合LDV测速方法的研究

自混合激光多普勒测速(laser Doppler velocimetry,LDV)精度与激光器模式、多普勒信号频率展宽、激光器前腔镜到反射面距离(外腔长)的变化范围以及速度的动态范围等因素密切相关,研究结果表明,采用新型小功率单模垂直腔表面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)和模拟差频锁相技术,在外腔长度为30 mm±1 mm,速度范围为30~480 mm/s,采样时间为0.1 s的条件下,测速精度优于1%,重复精度优于0.2%,具有测速精度高、动态范围大、成本低等特点.