改善激光器调制带宽的途径

2005/2/2/16:30    如果要使激光器的调制带宽得到提高，关键是降低激光器的电学寄生因素的影响，尤其需要降低寄生电容及载流子在量子阱结构中的输运过程。

    制造高速激光器时，要想提高器件的3dB带宽，可以采取以下措施： 

     ①有源区采用应变（补偿）多量子阱结构——量子阱激光器阱材料由于在平行于阱面方向受到双轴压应变和垂直于阱面方向的拉伸应变，其价带顶的重空穴能级上升，而且这种价带发生退简并，使电子从自旋轨道分裂带向重孔穴带的跃迁几率近似等于零，使室温下的俄歇复合几率减小，从而导致这种量子阱激光器的阈值电流下降，线宽增强因子减小以及弛豫振荡频率、调制带宽、微分增益系数显著提高。

    ②有源区p型掺杂 ——p型掺杂可减小穿过SCH区域时的空穴输运，这对高速量子阱器件是主要的限制；p型掺杂可以得到非常高的微分增益，并且使量子阱中载流子的分布更加均匀。

    若有源区Zn掺杂浓度接近1018 cm-3时，其3dB带宽可达25GHz，而且掺杂还可使器件的振荡频率增加到30GHz（腔长为300μm）。此外，重掺杂还有利于降低线宽增强因子和进一步提高微分增益，这些都有利于提高器件的调制特性。

    ③降低电学寄生参数——为了降低高速激光器的电学寄生参数，尤其是寄生电容，可采用半绝缘Fe-InP再生长掩埋技术，同时还需减小电极面积；采用自对准窄台面结构（SA-CM）以减小器件的寄生电容。人们还常利用填充聚酰亚胺的方法来减小寄生电容。

    ④提高激光器内部光子浓度和微分增益——增加激光器腔内的光子浓度，可增加本征谐振频率。利用DFB结构使激射波长与增益峰波长为负失谐（-10nm），可以提高微分增益，这些都可以增加-3dB调制带宽。

     以上分析了限制半导体激光器高速调制特性的因素以及提高激光器调制带宽的途径，这些因素之间与其静态特性之间是相互影响的，所以在设计高速激光器时，还需考虑其他特性，如阈值、温度特性等。