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第1章 绪论 1

1.1垂直腔面发射激光器的研究意义 1

1.2垂直腔面发射激光器的研究进展 3

参考文献 4

第2章 半导体器件 7

2.1能带 7

2.1.1半导体材料 7

2.1.2基本晶体结构 7

2.1.3共价键与能带 9

2.2热平衡载流子浓度 12

2.2.1本征载流子浓度 12

2.2.2施主与受主 14

2.3载流子的输运现象 16

2.3.1载流子的漂移与扩散 16

2.3.2满足半导体器件的基本方程 20

2.4半导体器件的基本结构 22

2.4.1p-n结 22

2.4.2发光二极管 31

2.5半导体激光器 33

2.5.1半导体激光器的原理 33

2.5.2典型半导体激光器的分类 35

参考文献 37

第3章 垂直腔面发射激光器的基础理论 42

3.1垂直腔面发射激光器简介 42

3.1.1垂直腔面发射激光器的结构 42

3.1.2垂直腔面发射激光器的主要特点 46

3.1.3阵列 47

3.2微腔基础理论 49

3.2.1微腔中的自发辐射 49

3.2.2法布里-珀罗谐振腔 50

3.2.3反射镜 51

3.3自发辐射的计算 54

3.3.1基于光子态密度计算自发辐射 54

3.3.2基于费米黄金定律计算自发辐射 62

3.4微腔的工作原理 68

3.4.1对光限制的三维光子晶体结构 68

3.4.2介质圆柱体的发射模式 68

3.4.3三维介质柱 70

参考文献 71

第4章 垂直腔面发射激光器的设计、外延、制备与测试 74

4.1垂直腔面发射激光器的设计理论 74

4.1.1速率方程及光电特性分析 74

4.1.2模式增益、镜面反射、有效腔体结构 76

4.1.3边界效应 80

4.1.4垂直腔面发射激光器的设计 84

4.2垂直腔面发射激光器的外延 88

4.2.1外延技术 88

4.2.2外延工艺的关键因素 93

4.3垂直腔面发射激光器的制备 100

4.3.1制备垂直腔面发射激光器的关键工艺 101

4.3.2蚀刻台面型垂直腔面发射激光器的制备 128

4.3.3离子注入型垂直腔面发射激光器的制备 129

4.3.4掩埋异质结型垂直腔面发射激光器的制备 131

4.3.5氧化限制型垂直腔面发射激光器的制备 133

4.4垂直腔面发射激光器的性能测试 136

4.4.1垂直腔面发射激光器的动态特性 136

4.4.2垂直腔面发射激光器的静态特性 138

4.4.3垂直腔面发射激光器的小信号调制特性 140

参考文献 141

第5章 垂直腔面发射激光器的主要种类 148

5.1短波长垂直腔面发射激光器 148

5.1.1 670nm的垂直腔面发射激光器 148

5.1.2 808nm的垂直腔面发射激光器 153

5.1.3 850nm的垂直腔面发射激光器 159

5.1.4 940nm的垂直腔面发射激光器 163

5.2长波长垂直腔面发射激光器 168

5.2.1长波长垂直腔面发射激光器的简单介绍 168

5.2.2制造长波长垂直腔面发射激光器的材料体系 168

5.2.3长波长垂直腔面发射激光器的结构 173

5.2.4制造长波长垂直腔面发射激光器的关键工艺 174

5.2.5长波长垂直腔面发射激光器的制造困难 175

5.2.6长波长垂直腔面发射激光器的应用案例 176

参考文献 177

第6章 基于垂直腔面发射激光器的应用 180

6.1垂直腔面发射激光器的调制技术 180

6.1.1光源的直接调制原理 180

6.1.2激光发射机 181

6.1.3垂直腔面发射激光器的调制 186

6.2垂直腔面发射激光器应用于光互连 192

6.2.1垂直腔面发射激光器在光纤通信中的应用 192

6.2.2垂直腔面发射激光器在空间通信中的应用 196

6.3垂直腔面发射激光器应用于3D成像 199

6.3.1 3D激光传感技术 199

6.3.2垂直腔面发射激光器在3D传感中的应用 200

6.4 940nm垂直腔面发射激光器应用于3D传感 200

参考文献 201

第7章 基于亚波长光栅的垂直腔面发射激光器 203

7.1基于InP基亚波长光栅的894nm垂直腔面发射激光器 203

7.1.1InP基亚波长光栅的设计与仿真 204

7.1.2基于InP基亚波长光栅的894nm垂直腔面发射激光器偏振选择理论分析 206

7.1.3基于InP基亚波长光栅的894nm垂直腔面发射激光器的制备 210

7.2基于亚波长金属光栅的980nm垂直腔面发射激光器 214

7.2.1亚波长金属光栅的设计与仿真 214

7.2.2基于亚波长光栅980nm垂直腔面发射激光器的偏振控制理论分析 216

7.2.3基于金属亚波长光栅的980nm垂直腔面发射激光器的制备 218

7.3基于硅基亚波长光栅1550nm垂直腔面发射激光器 221

7.3.1硅基亚波长光栅的设计与仿真 221

7.3.2基于硅基亚波长光栅垂直腔面发射激光器的光束控制理论分析 226

7.3.3基于硅基亚波长光栅的1550nm垂直腔面发射激光器的制备 231

参考文献 233

第8章 垂直腔面发射激光器未来的发展趋势 237

8.1垂直腔面发射激光器的展望 237

8.2新器件与新技术 238

8.2.1基于AlGaInP的垂直腔面发射激光器 238

8.2.2基于InGaAsP的垂直腔面发射激光器 239

8.2.3基于AlGaInAs的垂直腔面发射激光器 239

8.2.4基于Ⅲ-Ⅴ族氮化物的垂直腔面发射激光器 240

8.2.5多波长垂直腔面发射激光器阵列 241

参考文献 242