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布拉格反射鏡結構設計

Semi Connect ? 來源:Semi Connect ? 2024-12-25 10:01 ? 次閱讀

進一步考量到DBR的設計時,雖然界面平整的異質結構可以提供較大而明顯的折射率差異以達到較高的DBR反射率,然而這樣的設計同時也將造成界面處產生明顯的能隙差異,進而阻礙電流半導體DBR中的傳導,這將容易導致VCSEL的串聯電阻增加。此外,由于p型半導體的電洞具有較大的有效質量(effective mass),因此在p型半導體的DBR更加需要考慮串聯電阻的問題。雖然DBR的串聯電阻可以借由增加摻雜濃度來降低,但是較高的摻雜濃度亦會導致垂直共振的雷射光在DBR中傳遞時光被吸收,造成雷射的閾值電流增加。因此,在DBR的界面處利用化合物含量的漸變方式或是使用能隙差異較小的材料都能有效降低串聯電阻的產生。另一方面,在DBR光學駐波(standing wave)的節點處提高摻雜濃度亦是一種可以同時降低串聯電阻與減少光學吸收的有效方法。

圖3-7表示典型的量子井VCSEL結構導電帶能量變化與光學共振光強度的關系圖,圖中深灰色的部分代表光學共振光節點處增加摻雜濃度的位置。雖然在VCSEL的制作上考慮這些設計的技巧是相當復雜的過程,尤其在磊晶的過程中,晶體成長速度必須要控制得很好,分子束磊晶(MBE)系統能夠達到非常好的晶體厚度控制能力,但是分子束磊晶系統的特性不適合成長成分漸變的化合物材料,為了達到降低介面能帶不連續的情況,分子束磊晶系統采用周期漸變的超晶格(superlattice)的方式同樣可以達到降低串聯電阻的效果。

另一方面,金屬有機化學氣相沉積系統(MOCVD)則可以輕易的達成成長成分漸變的化合物材料,為了達到好的晶體厚度控制能力,通常要在反應器中加裝光學即時監控系統,關于以上這兩種磊晶系統,我們會在后面的章節中再作詳細的討論。值得一提的是,一個高串聯電阻的VCSEL在連續操作時將會產生大量的熱,在這樣的情況下,將造成主動層中量子井的增益頻譜往長波長移動,并且快于共振腔模態的隨著熱而紅移的速度。這兩項頻譜上的不匹配將導致雷射輸出功率特性的下降,此項特性將在下面的章節中作更詳細的討論。

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原文標題:布拉格反射鏡結構設計

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