高性能InP基长波长晶体管激光器的研究

Transistor Laser (TL) has both the current control function of a transistor and the light emission function of a laser, which has a wide variety of potential applications. Up to now, room temperature operation of GaAs based TL has been achieved. The development of InP based TL, which emits at 1.5μm and thus is more suitable for optical fiber commutation system, however, is relatively slow..Base on related previous works of the applicants, high performance npn InP TL will be studied in this project with the following focused aspects: the fabrication of room temperature continuous work InP based TL; the fabrication of single mode DFB InP based TL; the fabrication of tunnel junction InP base TL; the study of the unique properties of TLs. The implement of this project will help to promote the practical application of InP based TL.

晶体管激光器可以同时实现晶体管的电流控制功能以及激光器的光发射功能，具有多种优越特性，是一种有广泛潜在应用前景的新型光电子器件。目前，GaAs基短波长(1μm)晶体管激光器的研制比较成熟，相比之下，更适合于光纤通信系统应用的InP基长波长(1.5μm)晶体管激光器的发展却明显落后，还未实现室温工作。.本课题在课题组已开展的相关研究工作的基础上采用创新方法研制高性能npn型InP基晶体管激光器，主要研究内容包括InP基室温工作晶体管激光器的研制、InP基分布反馈（DFB）单模晶体管激光器的研制、InP基隧道结晶体管激光器的研制以及晶体管激光器基本特性探索四个方面。本课题的开展有利于保持国内InP基晶体管激光器研制在国际上的先进水平。

晶体管激光器同时具有晶体管的电流控制功能以及激光器的光发射功能，它桥接了传统光学器件及电学器件在功能上的空白，有望在未来光纤通信系统中发挥重要的作用。作为一种新颖的光电子器件，晶体管激光器仍处于其发展的初级阶段，其中适合于光纤通信系统应用的1.5微米波段InP基器件的研制尤其不成熟，有必要在器件材料结构和制作工艺的优化、器件基本特性和功能的探索等方面开展进一步的研究。本项目主要研究室温连续工作InP基晶体管激光器的设计和制作，分布反馈（DFB）单模InP基晶体管激光器的设计和制作，集电极带有电吸收量子阱的InP基晶体管激光器的研制以及探索晶体管激光器基本特性。. 通过本项目的执行在国际上首先研制成功可在室温连续电流工作的InP基1.5微米发光波长的晶体管激光器；研制出国内外首个InP基长波长单模DFB晶体管激光器，边模抑制比大于25 dB；对带有集电结电吸收层的InP 基晶体管激光器的设计及材料生长开展了研究，生长了器件所需的外延材料，开展了流片实验；阐明了晶体管结构等参数对激光器一些基本特性的影响：利用数值计算方法研究了在发射极波导中引入电流限制窗口对器件性能的影响，研究了有源区n型掺杂对晶体管激光器性能的影响，初步研究了晶体管激光器结构对激光器光谱线宽的影响。这些模拟研究可对未来高性能晶体管激光器的研制提供有益的指导。项目执行期间发表期刊论文19篇，申请国家发明专利两项。