垂直腔面發(fā)射激光器：原理、制備及測試技術(shù)

目 錄
第1章 緒論 1
1.1 垂直腔面發(fā)射激光器的研究意義 1
1.2 垂直腔面發(fā)射激光器的研究進(jìn)展 2
參考文獻(xiàn) 4
第2章 半導(dǎo)體器件 7
2.1 能帶 7
2.1.1 半導(dǎo)體材料 7
2.1.2 基本晶體結(jié)構(gòu) 7
2.1.3 共價鍵與能帶 9
2.2 熱平衡載流子濃度 12
2.2.1 本征載流子濃度 12
2.2.2 施主與受主 14
2.3 載流子的輸運現(xiàn)象 16
2.3.1 載流子的漂移與擴(kuò)散 16
2.3.2 滿足半導(dǎo)體器件的基本方程 20
2.4 半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu) 22
2.4.1 p-n結(jié) 99
2.4.2 發(fā)光二極管 31
2.5 半導(dǎo)體激光器 33
2.5.1 半導(dǎo)體激光器的原理 33
2.5.2 典型半導(dǎo)體激光器的分類 35
參考文獻(xiàn) 37
第3章 垂直腔面發(fā)射激光器的基礎(chǔ)理論 42
3.1 垂直腔面發(fā)射激光器簡介 42
3.1.1 垂直腔面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu) 42
3.1.2 垂直腔面發(fā)射激光器的主要特點 46
3.1.3 陣列 47
3.2 徼腔基礎(chǔ)理論 49
3.2.1 微腔中的自發(fā)輻射 49
3.2.2 法布里珀羅諧振腔 50
3.2.3 反射鏡 51
3.3 自發(fā)輻射的計算 54
3.3.1 基于光子態(tài)密度計算自發(fā)輻射 54
3.3.2 基于費米黃金定律計算自發(fā)輻射 62
3.4 微腔的工作原理 68
3.4.1 對光限制的三維光子晶體結(jié)構(gòu) 68
3.4.2 介質(zhì)圓柱體的發(fā)射模式 68
3.4.3 三維介質(zhì)柱 70
參考文獻(xiàn) 71
第4章 垂直腔面發(fā)射激光器的設(shè)計、外延、制備與測試 74
4.1 垂直腔面發(fā)射激光器的設(shè)計理論 74
4.1.1 速率方程及光電特性分析 74
4.1.2 模式增益、鏡面反射、有效腔體結(jié)構(gòu) 76
4.1.3 邊界效應(yīng) 80
4.1.4 垂直腔面發(fā)射激光器的設(shè)計 84
4.2 垂直腔面發(fā)射激光器的外延 88
4.2.1 外延技術(shù) 88
4.2.2 外延工藝的關(guān)鍵因素 93
4.3 垂直腔面發(fā)射激光器的制備 100
4.3.1 制備垂直腔面發(fā)射激光器的關(guān)鍵工藝 101
4.3.2 蝕刻臺面型垂直腔面發(fā)射激光器的制備 128
4.3.3 離子注人型垂直腔面發(fā)射激光器的制備 129
4.3.4 掩埋異質(zhì)結(jié)型垂直腔面發(fā)射激光器的制備 131
4.3.5 氧化限制型垂直腔面發(fā)射激光器的制備 133
4.4 垂直腔面發(fā)射激光器的性能測試 136
4.4.1 垂直腔面發(fā)射激光器的動態(tài)特性 136
4.4.2 垂直腔面發(fā)射激光器的靜態(tài)特性 138
4.4.3 垂直腔面發(fā)射激光器的小信號調(diào)制特性 140
參考文獻(xiàn) 141
第5章 垂直腔面發(fā)射激光器的主要種類 148
5.1 短波長垂直腔面發(fā)射激光器 148
5.1.1 670nm的垂直腔面發(fā)射激光器 148
5.1.2 808nm的垂直腔面發(fā)射激光器 153
5.1.3 850nm的垂直腔面發(fā)射激光器 159
5 .1.4 940nm的垂直腔面發(fā)射激光器 163
5.2 長波長垂直腔面發(fā)射激光器 168
5.2.1 長波長垂直腔面發(fā)射激光器的簡單介紹 168
5.2.2 制造長波長垂直腔面發(fā)射激光器的材料體系 168
5.2.3 長波長垂直腔面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu) 173
5.2.4 制造長波長垂直腔面發(fā)射激光器的關(guān)鍵工藝 174
5.2.5 長波長垂直腔面發(fā)射激光器的制造困難 175
5.2.6 長波長垂直腔面發(fā)射激光器的應(yīng)用案例 176
參考文獻(xiàn) 177
第6章 基于垂直腔面發(fā)射激光器的應(yīng)用 180
6.1 垂直腔面發(fā)射激光器的調(diào)制技術(shù) 180
6.1.1 光源的直接調(diào)制原理 180
6.1.2 激光發(fā)射機(jī) 181
6.1.3 垂直腔面發(fā)射激光器的調(diào)制 186
6.2 垂直腔面發(fā)射激光器應(yīng)用于光互連 192
6.2.1 垂直腔面發(fā)射激光器在光纖通信中的應(yīng)用 192
6.2.2 垂直腔面發(fā)射激光器在空間通信中的應(yīng)用 196
6.3 垂直腔面發(fā)射激光器應(yīng)用于3D成像 199
6.3.1 3D瀲光傳感技術(shù) 199
6.3.2 垂直腔面發(fā)射激光器在3D傳感中的應(yīng)用 200
6.4 940nm垂直腔面發(fā)射激光器應(yīng)用于3D傳感 200
參考文獻(xiàn) 201
第7章 基于亞波長光柵的垂直腔面發(fā)射激光器 203
7.1 基于InP基亞波長光柵的894nm垂直腔面發(fā)射激光器 203
7.1.1 InP基亞波長光柵的設(shè)計與仿真 204
7.1.2 基于InP基亞波長光柵的894nm垂直腔面發(fā)射激光器偏振選擇理論分析 206
7.1.3 基于InP基亞波長光柵的894nm垂直腔面發(fā)射激光器的制備 210
7.2 基于亞波長金屬光柵的980nm垂直腔面發(fā)射激光器 214
7.2.1 亞波長金屬光柵的設(shè)計與仿真 214
7.2.2 基于亞波長光柵980nm垂直腔面發(fā)射激光器的偏振控制理論分析 216
7.2.3 基于金屬亞波長光柵的980nm垂直腔面發(fā)射激光器的制備 218
7.3 基于硅基亞波長光柵1550nm垂直腔面發(fā)射激光器 221
7.3.1 硅基亞波長光柵的設(shè)計與仿真 221
7.3.2 基于硅基亞波長光柵垂直腔面發(fā)射激光器的光束控制理論分析 226
7.3.3 基于硅基亞波長光柵的1550nm垂直腔面發(fā)射激光器的制備 231
參考文獻(xiàn) 233
第8章 垂直腔面發(fā)射激光器未來的發(fā)展趨勢 237
8.1 垂直腔面發(fā)射激光器的展望 237
8.2 新器件與新技術(shù) 238
8.2.1 基于AIGalnP的垂直腔面發(fā)射激光器 238
8.2.2 基于InGaAsP的垂直腔面發(fā)射激光器 239
8.2.3 基于AIGaInAs的垂直腔面發(fā)射激光器 239
8.2.4 基于III-V族氮化物的垂直腔面發(fā)射激光器 240
8.2.5 多波長垂直腔面發(fā)射激光器陣列 241
參考文獻(xiàn) 242