梯形截面掩埋结构垂直腔面发射半导体激光器横模控制.pdfVIP

　第 19 卷第 1 期　　　　　　　　半　导　体　学　报　　　　　　　　 . 19, . 1　 V o l N o 　1998 年 1 月　　　　　　 　　　　　　 . , 1998　 CH IN ESE JOU RNAL O F SEM ICONDU CTOR S Jan 梯形截面掩埋结构垂直腔面发射 半导体激光器的横模控制 张宇生　赵一广　陈娓兮 (北京大学物理系　北京　100871) (半导体超晶格国家重点实验室　北京　100083) 摘要　本文采用求解光场方程, 载流子扩散方程和模式耦合方程自洽解的方法研究了具有梯 形截面掩埋结构垂直腔面发射半导体激光器的横模控制. 计算了掩埋限制区的倾角以及激光 器有源区半径等对基模和一阶模的辐射损耗的影响. 结果表明, 在这种结构的半导体激光器 中, 一阶模的辐射损耗总比基模大, 因而可以很好地抑制高阶横模. 增大限制区的倾角, 虽然有 利于实现单基模工作, 但是因为基模的辐射损耗也随之增大, 从而激光器的阈值电流也相应增 大. 对于一定的有源区半径, 我们找到了不同限制区倾角时单基横模工作的注入电流区域. 从 而可以确定在特定的注入电流范围内实现单基横模的最佳限制区倾角. : 4255 , 7340 PACC P L 1　引言 ( ) 垂直腔面发射半导体激光器 以下用其英文缩写V CSEL s 是当前光电子领域最活跃的 研究课题之一. 与边发射半导体激光器比较,V CSEL s 具有较小的远场发散角, 圆形的光斑, 易于实现单纵模工作, 和二维集成等优点. 因而, 在光通信, 光互联, 光信号处理以及光集成 元件等方面有着广泛的应用前景, 引起了人们的极大兴趣. 自从 1977 年 Iga 提出制作V C [ 1 ] SEL s 的设想 至今, 对V CSEL s 的研究已经取得了很大的进展. 室温连续工作, 极低阈值 ( [ 2 ] ) 电流 100m 以下 的V CSEL s 已相继问世. 目前制作的V CSEL s 大多是圆形或方形的增 益波导结构, 出射光透过顶面或衬底. 到目前为止, 在V CSEL s 的研究中, 仍然存在着几个问题急待解决. 这些问题限制着 [ 3, 4 ] V CSEL s 的推广应用. 其中之一是当注入电流升高时, V CSEL s 输出高阶横模 . 即使是在 [ 5, 6 ] 脉冲工作的情况下也不例外 . 为解决这一问题, 人们曾进行了实验和理论的研究. 提出了 一些实现单横模工作的V CSEL s 结构. 例如使腔的横截面直径小于 5m [ 7 ] , 或使出射窗口 　 国家自然科学基金资助项目, 项目批准号 张宇生　男, 197