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《清华大学》 2006年
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半导体微纳结构光增益特性的研究

赵涵  
【摘要】: 本论文工作针对半导体微纳结构的光增益特性的研究这一课题,模拟了光子晶体(PhC)带隙限制波导的增益特性;设计并且实验验证了偏振无关超辐射二级管(SLD)的多量子阱(MQW)有源区的结构;提出并理论证明在非对称垒量子阱结构中,量子阱中轻空穴限制能级的消失效应能够显著提高有源介质的微分增益。 针对1.55μm InGaAsP光子晶体带隙限制波导的增益特性的研究,论文用平面波展开法模拟了光子晶体带隙限制波导的光波能带结构和状态密度(DOS),验证了缺陷模式靠近带隙边沿处,群速度的减小将引起波导光增益的增大。论文提出光增益的变化还与自发辐射引起的有源介质的自然展宽有关,光子晶体中光波状态密度的变化将引起自发辐射的变化,进而影响自然展宽和增益。在此基础上建立了光子晶体带端处群速度趋于零时光增益的分析方法,采用该方法模拟计算的光子晶体带隙限制波导的增益谱图和已有文献的实验结果获得了较好的吻合。 论文通过模拟多量子阱有源区的能带结构和TE、TM模式的增益特性,设计提出单一拉伸应变量子阱结构和压缩量子阱、拉伸量子阱交替的复合量子阱结构,实现了1.3μm InGaAsP偏振无关超辐射发光二级管。其中,复合量子阱结构具有在更宽波段范围内(220nm)实现良好增益均衡的特性。论文还用自发辐射的行波放大模型和速率方程模拟了偏振无关超辐射发光二极管的功率谱和电流-功率(I-P)关系曲线。实际制作了具有复合量子阱结构的偏振无关超辐射发光二级管,测试结果证明了模拟设计的有效性。 此外,论文研究了1.3μm AlGaInAs不对称垒量子阱中的轻空穴限制能级的消失效应。通过模拟不对称垒量子阱在不同应变下的能带结构、增益特性和微分增益,提出当阱中压缩应变量超过某一阈值后,不对称垒量子阱中轻空穴的限制能级将消失,从而使轻、重空穴的相互作用消失,价电子能带状态密度大幅度减小,有源介质的增益和微分增益显著增大。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN36

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