垂直腔面發射激光器是半導體激光器的重要成員之一，也是光纖通信領域里的一個研究熱點。本書全面闡述了垂直腔面發射激光器的基礎理論、外延技術、制備工藝及測試方法，較為系統、完整地介紹了垂直腔面發射激光器的種類、性能指標、應用以及未來的發展趨勢。通過閱讀本書，讀者可以全面了解相關的前活技術和應用前景。
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 垂直腔面發射激光器的研究意義 1
1.2 垂直腔面發射激光器的研究進展 2
參考文獻 4
第2章 半導體器件 7
2.1 能帶 7
2.1.1 半導體材料 7
2.1.2 基本晶體結構 7
2.1.3 共價鍵與能帶 9
2.2 熱平衡載流子濃度 12
2.2.1 本征載流子濃度 12
2.2.2 施主與受主 14
2.3 載流子的輸運現象 16
2.3.1 載流子的漂移與擴散 16
2.3.2 滿足半導體器件的基本方程 20
2.4 半導體器件的基本結構 22
2.4.1 p-n結 99
2.4.2 發光二極管 31
2.5 半導體激光器 33
2.5.1 半導體激光器的原理 33
2.5.2 典型半導體激光器的分類 35
參考文獻 37
第3章 垂直腔面發射激光器的基礎理論 42
3.1 垂直腔面發射激光器簡介 42
3.1.1 垂直腔面發射激光器的結構 42
3.1.2 垂直腔面發射激光器的主要特點 46
3.1.3 陣列 47
3.2 徼腔基礎理論 49
3.2.1 微腔中的自發輻射 49
3.2.2 法布里珀羅諧振腔 50
3.2.3 反射鏡 51
3.3 自發輻射的計算 54
3.3.1 基于光子態密度計算自發輻射 54
3.3.2 基于費米黃金定律計算自發輻射 62
3.4 微腔的工作原理 68
3.4.1 對光限制的三維光子晶體結構 68
3.4.2 介質圓柱體的發射模式 68
3.4.3 三維介質柱 70
參考文獻 71
第4章 垂直腔面發射激光器的設計、外延、制備與測試 74
4.1 垂直腔面發射激光器的設計理論 74
4.1.1 速率方程及光電特性分析 74
4.1.2 模式增益、鏡面反射、有效腔體結構 76
4.1.3 邊界效應 80
4.1.4 垂直腔面發射激光器的設計 84
4.2 垂直腔面發射激光器的外延 88
4.2.1 外延技術 88
4.2.2 外延工藝的關鍵因素 93
4.3 垂直腔面發射激光器的制備 100
4.3.1 制備垂直腔面發射激光器的關鍵工藝 101
4.3.2 蝕刻臺面型垂直腔面發射激光器的制備 128
4.3.3 離子注人型垂直腔面發射激光器的制備 129
4.3.4 掩埋異質結型垂直腔面發射激光器的制備 131
4.3.5 氧化限制型垂直腔面發射激光器的制備 133
4.4 垂直腔面發射激光器的性能測試 136
4.4.1 垂直腔面發射激光器的動態特性 136
4.4.2 垂直腔面發射激光器的靜態特性 138
4.4.3 垂直腔面發射激光器的小信號調制特性 140
參考文獻 141
第5章 垂直腔面發射激光器的主要種類 148
5.1 短波長垂直腔面發射激光器 148
5.1.1 670nm的垂直腔面發射激光器 148
5.1.2 808nm的垂直腔面發射激光器 153
5.1.3 850nm的垂直腔面發射激光器 159
5 .1.4 940nm的垂直腔面發射激光器 163
5.2 長波長垂直腔面發射激光器 168
5.2.1 長波長垂直腔面發射激光器的簡單介紹 168
5.2.2 制造長波長垂直腔面發射激光器的材料體系 168
5.2.3 長波長垂直腔面發射激光器的結構 173
5.2.4 制造長波長垂直腔面發射激光器的關鍵工藝 174
5.2.5 長波長垂直腔面發射激光器的制造困難 175
5.2.6 長波長垂直腔面發射激光器的應用案例 176
參考文獻 177
第6章 基于垂直腔面發射激光器的應用 180
6.1 垂直腔面發射激光器的調制技術 180
6.1.1 光源的直接調制原理 180
6.1.2 激光發射機 181
6.1.3 垂直腔面發射激光器的調制 186
6.2 垂直腔面發射激光器應用于光互連 192
6.2.1 垂直腔面發射激光器在光纖通信中的應用 192
6.2.2 垂直腔面發射激光器在空間通信中的應用 196
6.3 垂直腔面發射激光器應用于3D成像 199
6.3.1 3D瀲光傳感技術 199
6.3.2 垂直腔面發射激光器在3D傳感中的應用 200
6.4 940nm垂直腔面發射激光器應用于3D傳感 200
參考文獻 201
第7章 基于亞波長光柵的垂直腔面發射激光器 203
7.1 基于InP基亞波長光柵的894nm垂直腔面發射激光器 203
7.1.1 InP基亞波長光柵的設計與仿真 204
7.1.2 基于InP基亞波長光柵的894nm垂直腔面發射激光器偏振選擇理論分析 206
7.1.3 基于InP基亞波長光柵的894nm垂直腔面發射激光器的制備 210
7.2 基于亞波長金屬光柵的980nm垂直腔面發射激光器 214
7.2.1 亞波長金屬光柵的設計與仿真 214
7.2.2 基于亞波長光柵980nm垂直腔面發射激光器的偏振控制理論分析 216
7.2.3 基于金屬亞波長光柵的980nm垂直腔面發射激光器的制備 218
7.3 基于硅基亞波長光柵1550nm垂直腔面發射激光器 221
7.3.1 硅基亞波長光柵的設計與仿真 221
7.3.2 基于硅基亞波長光柵垂直腔面發射激光器的光束控制理論分析 226
7.3.3 基于硅基亞波長光柵的1550nm垂直腔面發射激光器的制備 231
參考文獻 233
第8章 垂直腔面發射激光器未來的發展趨勢 237
8.1 垂直腔面發射激光器的展望 237
8.2 新器件與新技術 238
8.2.1 基于AIGalnP的垂直腔面發射激光器 238
8.2.2 基于InGaAsP的垂直腔面發射激光器 239
8.2.3 基于AIGaInAs的垂直腔面發射激光器 239
8.2.4 基于III-V族氮化物的垂直腔面發射激光器 240
8.2.5 多波長垂直腔面發射激光器陣列 241
參考文獻 242
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