1.3μm应变量子阱激光器与光放大器的结构优化与制作

【摘要】：作为光通信最广泛使用的光电器件,低成本,高温无致冷工作要求长波长半导体激光器具有尽可能低阈值电流和优良的温度特性。半导体光放大器在光信号处理方面的应用是光纤放大器所不可替代的,但要得到广泛的应用,其整体性能还有待提高。作者优化并制作了高性能的1.3 μm InGaAsP/InP应变量子阱激光器和半导体光放大器,获得了如下的重要结果。 理论结果:1)导带电子只有基态量子能级所对应的最大垒层带隙随阱宽的增加而减小,透明载流子密度随空穴有效质量的降低而减小,合适的应变量和阱宽不仅增加了峰值增益系数,也降低了透明载流子密度。微分增益系数随薄层载流子密度的增加而降低。2)为获得尽可能低的阈值电流,掩埋结构激光器的最佳条宽约为1.3 μm,脊形波导结构的最佳条宽约为2μm。窄条激光器的最佳腔长或最阱数是宽接触激光器的1.8倍。端面反射率为0.9时,最小阈值电流可以小于lmA。3)作者推导的阈值电流特征温度表达式显示:激光器阈值电流的特征温度是由透明电流密度和外部微分效率的特征温度决定。透明电流密度的特征温度又取决于辐射复合效率,外部微分效率的特征温度取决于高温下导带电子的泄漏。 实验结果:1)阱数的增加改善了量子阱激光器阈值电流和外部微分效率的温度特性,阈值电流特征温度的实验与理论偏差不超过8%。2)厚度为18nm的非掺杂AlInAs层有效抑制了高温下导带电子从阱区向P-InP限制层的泄漏,工作电流为60mA对应的功率代价为-2.2dB,InGaAsP/InP量子阱激光器达到高温无致冷工作的要求。3)优化的InGaAsP/InP张应变量子阱激光器结构为:应变量1%,阱宽10.5 nm,垒层厚度18nm,阱数3,垒层带隙波长1.15μm。脊形波导结构激光器室温阂值电流为13mA,单个自然解理面的出光效率为0.29mW/mA。4)1.31μm半导体光放大器的结构为:交替生长的4个压应变,3个张应变量子阱有源区,70倾斜脊形波导,透明掩埋窗口区,端面镀抗反射膜。SOA模块的性能为:工作电流250mA,纤—纤峰值增益25dB,增益带宽56nm,在1280-1340