对采用多级变速法生长AlGaAs电流扩展层的850nm红外发光二极管进行了研究。研究发现, 采用多级变速法生长n型Al0.25Ga0.75As电流扩展层有助于改善外延层表面形貌和后续外延层的晶体质量, 从而减小850nm红外发光二极管的漏电流及串联电阻。此外, 采用多级变速法生长n型Al0.25Ga0.75As电流扩展层还可以避免在多量子阱(MQW)有源区中形成非辐射复合中心, 从而提高850nm红外发光二极管的亮度和寿命。

采用分别限制非对称波导结构,将光场从对称分布变为非对称分布,降低了载流子光吸收损耗,并允许p型区具有更高的掺杂水平,从而使器件电阻降低。对GaAsP/GaInP张应变单量子阱(SQW)非对称波导结构激光器的光场特性进行了理论分析,设计了波导层厚度,并制作了波长为808 nm的无铝有源区大功率半导体激光器。器件综合特性测试结果为:腔长900 μm器件的阈值电流密度典型值为400 A/cm2,内损耗低至1.0 cm-1;连续工作条件下,150 μm条宽器件输出功率达到6 W,最大斜率效率为1.25 W/A。器件激射波长为807.5 nm,平行和垂直结的发散角分别为3.0°和34.8°。20～70 ℃范围内特征温度达到133 K。结果表明,分别限制非对称波导结构是降低内损耗,提高大功率半导体激光器特性的有效措施。

采用低压金属有机化学气相外延法(LP-MOVPE)生长并制作了1.3 μm脊型波导结构偏振无关半导体光放大器(SOA),有源区为基于四个压应变量子阱和三个张应变量子阱交替生长的混合应变量子阱(4C3T)结构,压应变阱宽为6 nm,应变量1.0%,张应变阱宽为11 nm,应变量-0.95%;器件制作成7°斜腔结构以有效抑制腔面反射。半导体光放大器腔面蒸镀Ti3O5/Al2O3减反(AR)膜以进一步降低腔面剩余反射率至3×10-4以下;在200 mA驱动电流下,光放大器放大的自发辐射(ASE)谱的3 dB带宽大于50 nm,光谱波动小于0.4 dB,半导体光放大器管芯的小信号增益近30 dB,在1280～1340 nm波长范围内偏振灵敏度小于0.6 dB,饱和输出功率大于10 dBm,噪声指数(NF)为7.5 dB。

基于半导体量子阱激光器的基本理论,设计了合理的1.3μm无致冷AlGaInAs/InP应变补偿量子阱激光器结构,通过低压金属有机化学气相外延(LP-MOVPE)工艺在国内首次生长出了高质量的AlGaInAs/InP应变补偿量子阱结构材料,用此材料制作的器件指标为激射波长:1280nm≤λ≤1320nm,阈值电流:Ith(25℃)≤15mA,Ith(85℃)≤30mA,量子效率变化:Δηex(25℃～85℃)≤1.0dB,线性功率:P0≥10mW

通过低压金属有机化学气相外延(LP-MOVPE)工艺生长了AlGaInAs应变补偿量子阱材料,通过X射线双晶衍射、光荧光、二次离子质谱的测试分析得到了材料生长的优化工艺参数,降低了材料中的氧杂质含量,得到了高质量AlGaInAs应变补偿量子阱材料,室温光致发光半宽FWHM=26 meV.采用此外延材料成功制作了1.3 μm无致冷AlGaInAs应变量子阱激光器, 器件测试结果为:激射波长:1290 nm≤λ≤1330 nm;阈值电流:Ith(25℃)≤15 mA;Ith(85℃)≤25 mA;量子效率变化:Δηex(25～85℃)≤1.0 dB.