边发射激光器外延结构设计与生长

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边发射激光器（EEL）的外延结构设计与生长是实现高性能器件的核心环节，其技术要点如下：

一、外延结构设计

• 分层结构‌
  边发射激光器的外延结构通常包含以下功能层：

  
  
  • ‌n型掺杂覆层‌：用于限制载流子和光场，降低损耗‌；
  • ‌n型掺杂光波导层‌和‌p型掺杂光波导层‌：构成双异质结，增强光场限制和载流子注入效率‌；
  • ‌有源区‌：通常为量子阱或量子点结构，负责产生受激辐射，决定器件工作波长‌；
  • ‌p型掺杂覆层‌：与n型覆层共同形成光场限制和电流注入通道‌。
    

• 谐振腔设计‌

  
  
  • 谐振腔由芯片两端的解理面构成，通过镀膜提升反射率（约30%），优化光反馈效率‌；
  • 外延层的总厚度约为5μm，波导层厚度直接影响近场光斑分布和模式特性‌。
    

• 材料与衬底选择‌

  
  
  • 在硅基衬底上外延Ⅲ-Ⅴ族材料（如GaAs）时，需通过氢化热退火（700-900℃）和三步生长法抑制反相畴缺陷，提升晶体质量‌。
    
  
  

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二、外延生长工艺

• MOCVD技术‌

  
  
  • 采用金属有机化合物气相沉积（MOCVD）系统，在无偏角Si(001)衬底上外延生长GaAs等材料，优化反应室压力（如800 mbar）和温度控制‌；
  • 通过调节掺杂浓度（如n型/P型掺杂）和组分梯度，改善载流子输运与光场限制效果‌。
    

• 缺陷控制‌

  
  
  • 采用衬底预处理（如RCA清洗）和氢化退火工艺，减少界面缺陷对少数载流子寿命的影响‌；
  • 通过外延层厚度和生长速率优化，降低位错密度‌。
    
  
  

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三、性能优化与测试

• 掺杂与波导优化‌

  
  
  • 利用电化学C-V（ECV）测试系统分析掺杂分布，确保载流子浓度均匀性‌；
  • 通过光荧光频谱（PL）测试评估有源区发光效率及波长特性‌。
    

• 模式特性调控‌

  
  
  • 调整波导层厚度（如n型/P型波导层）和覆层折射率，优化横向和纵向光场限制，实现单模或高功率输出‌。
    
  
  

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四、发展趋势

未来研究可结合多结级联技术（类似垂直腔面激光器的功率提升方案）‌，进一步优化边发射激光器的功率密度和电光转换效率，拓展其在无人驾驶、光通信等领域的应用‌。