设计了中心波长为520 nm的AlGaInN/InGaN 应变补偿分布布拉格反射镜(DBR)结构, 通过调节组分参数实现应变补偿, 使DBR整体应变为0, 采用传输矩阵法, 计算了Al0.7Ga0.3-xInxN/InGaN DBR、Al0.8Ga0.2-xInxN/InGaN DBR、Al0.9Ga0.1-xInxN/InGaN DBR的反射光谱。通过对DBR结构参数进行对比, 优化了其结构和反射性能。首先对比高低折射率层生长顺序, 发现对于Al0.8Ga0.14In0.06N/In0.123Ga0.877N DBR, 先生长高折射率层时, 反射率高达99.61%, 而先生长低折射率层时, 反射率仅为97.73%; 然后对比奇数层DBR和偶数层DBR, 发现两者的反射谱几乎重合, 没有显著区别; 通过研究DBR对数对反射率的影响, 发现对数在20~30对时, 反射率随着对数的增加明显上升, 30~40对时反射率增长缓慢; 最后研究了材料组分对反射谱的影响, 发现Al组分高的DBR折射率差大, 反射性能更优, 而相同Al组分的AlGaInN中In含量越低反射率越高。考虑到DBR制备过程中可能出现的厚度和组分偏差, 模拟了厚度和组分出现偏差时反射谱的变化, 发现高低折射率层厚度每增加或减少1 nm, 反射谱红移或蓝移4~5 nm; 而组分的偏差使高反射带带宽和中心波长处反射率发生明显变化。本文的研究为AlGaInN/InGaN DBR的设计和制备提供了一定的理论参考。

利用金属有机化学气相沉积技术在GaAs衬底上开展了大失配InGaAs多量子阱的外延生长研究。针对InGaAs与GaAs之间较大晶格失配的问题, 设计了GaAsP应变补偿层结构; 通过理论模拟与实验相结合的方式, 调控了GaAsP材料体系中的P组分, 设计了P组分分别为0, 0.128, 0.184, 0.257的三周期InxGa1-xAs/GaAs1-yPy多量子阱结构; 通过PL、XRD、AFM测试对比发现, 高势垒GaAsP材料的张应变补偿可以改善晶体质量。综合比较, 在P组分为0.184时, PL波长1 043.6 nm, 半峰宽29.9 nm, XRD有多级卫星峰且半峰宽较小, AFM粗糙度为0.130 nm, 表面形貌显示为台阶流生长模式。

为研制符合高线性大功率的应变多量子阱激光器，文章在理论上计算了应变补偿，实验选用了金属有机物化学气相沉淀(MOCVD)工艺来研制生长AlGaInAs应变补偿多量子阱结构，最终有源区采用了7组张压应变交替的势垒和势阱层。激光器样本芯片采用共面电极结构，使得激光器的工作电流无需通过衬底，从而降低了激光器工作电容，其电容与传统激光器相比得到相应地减小，提高了激光器的光电特性。实验室制作出了应变多量子阱激光器样本芯片，光荧光分析得出光致发光谱，激射波长为1 304 nm；阈值电流为Ith≤9 mA；单面斜率效率为0.44 W/A。测试结果表明该器件有良好的性能参数。

为了优化在长距离光纤通讯系统中采用的1.31μm波长的量子阱激光器, 对AlGaInAs/InP材料的有源区应变补偿的量子阱激光器进行了设计研究。采用应变补偿的方法, 根据克龙尼克-潘纳模型理论计算出量子阱的能带结构, 设计出有源区由1.12%的压应变AlGaInAs阱层和0.4%的张应变AlGaInAs垒层构成。使用ALDS软件对所设计出的器件进行了建模仿真, 对其进行了阈值分析和稳态分析。结果表明, 在室温25℃下, 该激光器具有9mA的低阈值电流和0.4W/A较高的单面斜率效率; 在势垒层采用与势阱层应变相反的适当应变, 可以降低生长过程中的平均应变量, 保证有源区良好的生长, 改善量子阱结构的能带结构, 提高对载流子的限制能力, 降低阈值电流, 提高饱和功率, 改善器件的性能。

为了降低2μm半导体激光器的阈值电流并提高器件的输出功率, 设计了InGaAsSb/AlGaAsSb应变补偿量子阱结构, 并利用SimLastip软件对器件进行了数值模拟。研究表明, 在势垒中适当引入张应变可以改善量子阱的能带结构, 提高对载流子的限制能力。当条宽为120μm、腔长为1000μm时, 采用应变补偿量子阱结构的激光器的阈值电流为91mA, 斜率效率为0.48W/A。与压应变量子阱激光器相比, 器件性能得到明显的改善。

基于半导体量子阱激光器的基本理论,设计了合理的1.3μm无致冷AlGaInAs/InP应变补偿量子阱激光器结构,通过低压金属有机化学气相外延(LP-MOVPE)工艺在国内首次生长出了高质量的AlGaInAs/InP应变补偿量子阱结构材料,用此材料制作的器件指标为激射波长:1280nm≤λ≤1320nm,阈值电流:Ith(25℃)≤15mA,Ith(85℃)≤30mA,量子效率变化:Δηex(25℃～85℃)≤1.0dB,线性功率:P0≥10mW

通过低压金属有机化学气相外延(LP-MOVPE)工艺生长了AlGaInAs应变补偿量子阱材料,通过X射线双晶衍射、光荧光、二次离子质谱的测试分析得到了材料生长的优化工艺参数,降低了材料中的氧杂质含量,得到了高质量AlGaInAs应变补偿量子阱材料,室温光致发光半宽FWHM=26 meV.采用此外延材料成功制作了1.3 μm无致冷AlGaInAs应变量子阱激光器, 器件测试结果为:激射波长:1290 nm≤λ≤1330 nm;阈值电流:Ith(25℃)≤15 mA;Ith(85℃)≤25 mA;量子效率变化:Δηex(25～85℃)≤1.0 dB.

本文提出一种多阱能量表象方法用来分析应变补偿多量子阱的价带结构。这一方法是把应变补偿多量子阱的价带Γ点z方向重轻空穴的能量本征函数作为基矢量建立能量表象，把非Γ点的重轻空穴的能量本征函数按这些基矢量进行傅里叶级数展开，带入Kohn-LuttingerHamiltonian(KLM)方程中得到相应的能量特征矩阵，进而得到其非Γ点的重轻空穴的能量本征值和相应的本征矢。与k.p方法相比，这一方法的优点在于能够有效地分析出阱数和阱间距离对应变补偿多量子阱的能带结构产生的影响，并且所得的能量特征矩阵的阶数要小得多，很容易在微机上进行运算。

报道了用低压金属有机物化学气相淀积(in Chinese)LP-MOCVD)方法外延生长InGaAsP/InP应变补偿多量子阱结构。用此材料制备的掩埋异质结(BH)条形结构多量子阱激光器具有极低阈值电流4～6 mA。20～40 ℃时特征温度T0高达67 K,室温下外量子效率为0.3 mW／mA。