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由于三维量子限制效应,量子点材料具有独特的物理特性,例如:像原子一样的分立能级结构和类似于δ函数的态密度。基于半导体量子点材料的激光器被预计比传统的量子阱激光器具有低的阈值电流密度、高的微分增益、高的温度稳定性以及低的线宽增强因子等优越性能,有望成为局域网光通信系统及高速信息处理交换系统所需的关键光源,是目前半导体激光器领域的研究热点。 本文以实现通信波段量子点激光器为目标,开展了1.3μmInAs/GaAs量子点激光器材料生长以及器件制备工作,并针对器件的高速调制特性、线宽增强因子特性、温度稳定性以及单模特性做了深入研究,取得了如下研究结果: 1)开展了1.3μmInAs/GaAs量子点激光器小信号响应特性的研究。以变温小信号调制曲线随偏置电流的变化结果为基础,通过模拟包含量子点基态、激发态和浸润层能级的载流子速率方程模型,提出并解释了使用量子点激发态能级激射可以有效的提高量子点激光器的调制速率,其原因有两点:一是激发态能级比基态能级简并度高,饱和增益大;二是载流子从浸润层到激发态激射的驰豫时间比从浸润层到基态激射的驰豫时间短。 2)对比了量子点基态跃迁和激发态跃迁引起的激光器线宽增强因子的区别。通过实验测得的量子点激光器增益谱和Kramers-Kronig变换得到的量子点芯层折射率变化,进而计算出线宽增强因子。由此发现激发态跃迁引起的线宽增强因子小于由基态跃迁引起的线宽增强因子。这一结果说明应用量子点激发态激射更有利于高速光通信。 3).开展了1.3μm量子点激光器温度稳定性方面的研究。设计出一种新型的半导体激光器腔面镀膜方法,通过使其对1.3μm量子点激光器阈值电流与斜率效率的温度补偿,达到提高量子点激光器特征温度和稳定斜率效率的目的。实验证明采用这种新型腔面镀膜技术的量子点激光器的特征温度在10℃到70℃温度范围内比采用传统镀膜的激光器提高了一倍,并且激光器斜率效率随温度的影响也明显减小。此腔面镀膜技术不仅适用于量子点激光器,同样也可用于异质结、量子阱等半导体激光器。