垂直腔面发射激光器：原理、制备及测试技术

目 录
第1章 绪论 1
1.1 垂直腔面发射激光器的研究意义 1
1.2 垂直腔面发射激光器的研究进展 2
参考文献 4
第2章 半导体器件 7
2.1 能带 7
2.1.1 半导体材料 7
2.1.2 基本晶体结构 7
2.1.3 共价键与能带 9
2.2 热平衡载流子浓度 12
2.2.1 本征载流子浓度 12
2.2.2 施主与受主 14
2.3 载流子的输运现象 16
2.3.1 载流子的漂移与扩散 16
2.3.2 满足半导体器件的基本方程 20
2.4 半导体器件的基本结构 22
2.4.1 p-n结 99
2.4.2 发光二极管 31
2.5 半导体激光器 33
2.5.1 半导体激光器的原理 33
2.5.2 典型半导体激光器的分类 35
参考文献 37
第3章 垂直腔面发射激光器的基础理论 42
3.1 垂直腔面发射激光器简介 42
3.1.1 垂直腔面发射激光器的结构 42
3.1.2 垂直腔面发射激光器的主要特点 46
3.1.3 阵列 47
3.2 徼腔基础理论 49
3.2.1 微腔中的自发辐射 49
3.2.2 法布里珀罗谐振腔 50
3.2.3 反射镜 51
3.3 自发辐射的计算 54
3.3.1 基于光子态密度计算自发辐射 54
3.3.2 基于费米黄金定律计算自发辐射 62
3.4 微腔的工作原理 68
3.4.1 对光限制的三维光子晶体结构 68
3.4.2 介质圆柱体的发射模式 68
3.4.3 三维介质柱 70
参考文献 71
第4章 垂直腔面发射激光器的设计、外延、制备与测试 74
4.1 垂直腔面发射激光器的设计理论 74
4.1.1 速率方程及光电特性分析 74
4.1.2 模式增益、镜面反射、有效腔体结构 76
4.1.3 边界效应 80
4.1.4 垂直腔面发射激光器的设计 84
4.2 垂直腔面发射激光器的外延 88
4.2.1 外延技术 88
4.2.2 外延工艺的关键因素 93
4.3 垂直腔面发射激光器的制备 100
4.3.1 制备垂直腔面发射激光器的关键工艺 101
4.3.2 蚀刻台面型垂直腔面发射激光器的制备 128
4.3.3 离子注人型垂直腔面发射激光器的制备 129
4.3.4 掩埋异质结型垂直腔面发射激光器的制备 131
4.3.5 氧化限制型垂直腔面发射激光器的制备 133
4.4 垂直腔面发射激光器的性能测试 136
4.4.1 垂直腔面发射激光器的动态特性 136
4.4.2 垂直腔面发射激光器的静态特性 138
4.4.3 垂直腔面发射激光器的小信号调制特性 140
参考文献 141
第5章 垂直腔面发射激光器的主要种类 148
5.1 短波长垂直腔面发射激光器 148
5.1.1 670nm的垂直腔面发射激光器 148
5.1.2 808nm的垂直腔面发射激光器 153
5.1.3 850nm的垂直腔面发射激光器 159
5 .1.4 940nm的垂直腔面发射激光器 163
5.2 长波长垂直腔面发射激光器 168
5.2.1 长波长垂直腔面发射激光器的简单介绍 168
5.2.2 制造长波长垂直腔面发射激光器的材料体系 168
5.2.3 长波长垂直腔面发射激光器的结构 173
5.2.4 制造长波长垂直腔面发射激光器的关键工艺 174
5.2.5 长波长垂直腔面发射激光器的制造困难 175
5.2.6 长波长垂直腔面发射激光器的应用案例 176
参考文献 177
第6章 基于垂直腔面发射激光器的应用 180
6.1 垂直腔面发射激光器的调制技术 180
6.1.1 光源的直接调制原理 180
6.1.2 激光发射机 181
6.1.3 垂直腔面发射激光器的调制 186
6.2 垂直腔面发射激光器应用于光互连 192
6.2.1 垂直腔面发射激光器在光纤通信中的应用 192
6.2.2 垂直腔面发射激光器在空间通信中的应用 196
6.3 垂直腔面发射激光器应用于3D成像 199
6.3.1 3D潋光传感技术 199
6.3.2 垂直腔面发射激光器在3D传感中的应用 200
6.4 940nm垂直腔面发射激光器应用于3D传感 200
参考文献 201
第7章 基于亚波长光栅的垂直腔面发射激光器 203
7.1 基于InP基亚波长光栅的894nm垂直腔面发射激光器 203
7.1.1 InP基亚波长光栅的设计与仿真 204
7.1.2 基于InP基亚波长光栅的894nm垂直腔面发射激光器偏振选择理论分析 206
7.1.3 基于InP基亚波长光栅的894nm垂直腔面发射激光器的制备 210
7.2 基于亚波长金属光栅的980nm垂直腔面发射激光器 214
7.2.1 亚波长金属光栅的设计与仿真 214
7.2.2 基于亚波长光栅980nm垂直腔面发射激光器的偏振控制理论分析 216
7.2.3 基于金属亚波长光栅的980nm垂直腔面发射激光器的制备 218
7.3 基于硅基亚波长光栅1550nm垂直腔面发射激光器 221
7.3.1 硅基亚波长光栅的设计与仿真 221
7.3.2 基于硅基亚波长光栅垂直腔面发射激光器的光束控制理论分析 226
7.3.3 基于硅基亚波长光栅的1550nm垂直腔面发射激光器的制备 231
参考文献 233
第8章 垂直腔面发射激光器未来的发展趋势 237
8.1 垂直腔面发射激光器的展望 237
8.2 新器件与新技术 238
8.2.1 基于AIGalnP的垂直腔面发射激光器 238
8.2.2 基于InGaAsP的垂直腔面发射激光器 239
8.2.3 基于AIGaInAs的垂直腔面发射激光器 239
8.2.4 基于III-V族氮化物的垂直腔面发射激光器 240
8.2.5 多波长垂直腔面发射激光器阵列 241
参考文献 242