基于SiO_2薄膜的915nm半导体激光器的无杂质空位诱导量子阱混合研究

为了提高915nm半导体激光器腔面抗光学灾变的能力,采用基于SiO_2薄膜无杂质诱导量子阱混合法制备符合915nm半导体激光器AlGaInAs单量子阱的非吸收窗口.研究了无杂质空位诱导量子阱混合理论及不同退火温度、不同退火时间、SiO_2薄膜厚度、SiO_2薄膜折射率、不同盖片等试验参数对制备非吸窗口的影响,并且讨论了SiO_2薄膜介质膜的多孔性对无杂质诱导量子阱混合的影响.实验制备出蓝移波长为53nm的非吸收窗口,最佳制备非吸收窗口条件为退火温度为875℃,退火时间为90s,SiO_2薄膜折射率为1.447,厚度为200nm,使用GaAs盖片.

915nm半导体激光器新型腔面钝化工艺

针对半导体激光器腔面光学灾变损伤的发生机制,设计了一种单管芯半导体激光器腔面真空解理钝化工艺方法。在真空中解理并且直接对半导体激光器腔面蒸镀钝化膜,提出用ZnSe材料作为单管芯半导体激光器真空解理工艺的钝化膜材料,发现利用真空解理钝化工艺方法和ZnSe材料作为钝化膜可以使器件输出功率提高23%。通过电致发光(EL)对半导体激光器腔面损伤机理进行分析。进一步说明对915 nm半导体激光器制备工艺中引入真空解理钝化工艺技术并且选择ZnSe作为钝化膜可以有效保护半导体激光器腔面,提高器件可靠性。

GaAs基高功率半导体激光器单管耦合研究

设计了一种高亮度、高功率半导体激光器单管耦合输出模块,采用波长为975 nm的10 W的Ga As基半导体激光器,将半导体激光器输出光束耦合进数值孔径0.18、纤芯直径105μm的光纤中,获得10 A电流下的输出功率为9.37 W,耦合效率为94.3%,亮度为1.64 MW/(cm2·str)。

电致发光用于大功率半导体激光器失效模式分析（英文）

利用电致发光(EL)的方法,研究了突然失效的975 nm大功率应变量子阱激光器。起初,我们以为激光器失效是由于腔面发生了突然光学灾变(COMD)。然而,通过EL实验,发现其中一部分激光器腔面没有任何损伤,而内部发生了突然光学灾变(COBD),为工艺的进一步改善指明了方向。对90只发生COD的激光器进行EL成像,发现暗线缺陷(DLD)起始于腔面或是激光器内部。DLD是严重的非辐射复合区,通常沿着有源区延伸出几个分支,造成激光器功率急剧下降。详细分析了不同COD模式的特征并进行了对比。并进一步分析了两种典型COD模式发生的原因,然后给出了抑制COD和提高大功率半导体激光器性能的建议。

基于循环退火的Si诱导量子阱混杂研究(特邀)

腔面光学灾变损伤是制约半导体激光器输出功率以及可靠性的主要因素之一。为制备高功率和高可靠性半导体器件,初步探索了Si杂质诱导量子阱混杂技术,并将其应用于975 nm半导体激光器件的非吸收窗口制备工艺。采用循环退火方式,研究了不同条件下Si杂质诱导量子阱混杂的效果,当退火温度为830℃,退火时间为10 min,循环次数为3次时,达到最大波长蓝移量59 nm。分别在800℃5次10 min和830℃3次10 min退火条件下制备了非吸收窗口。与普通器件相比,制备非吸收窗口的器件阈值电流增大,斜率效率下降,工作电流大于10 A后器件斜率效率降低,电流-工作电流曲线呈现饱和趋势。相较之下,800℃5次10 min条件下对应的器件性能相对较好。工作电流达到15 A后普通器件失效,而制备了非吸收窗口的器件则在电流大于20 A后仍可正常工作,腔面光学灾变损伤阈值提高了33.0%以上。

Si杂质扩散诱导InGaAs/GaAs(P)量子阱混杂研究

腔面光学灾变损伤是制约半导体激光器输出功率以及可靠性的主要因素之一,量子阱混杂技术是最常用的解决腔面灾变性光学损伤的方法。为了制备高功率、高可靠性半导体激光器单管器件,对Si杂质诱导量子阱混杂工艺进行了探索。本文使用Si介质层作为扩散源,采用管式炉高温退火的方法进行Si杂质扩散诱导量子阱混杂研究。实验并分析了介质膜厚度、退火条件、量子垒材料、牺牲层材料等因素对InGaAs/GaAs(P)量子阱蓝移量的影响。实验发现,量子阱和量子垒的混杂效果随着扩散时间以及退火温度增加而增大,且对温度尤其敏感。当退火条件为780℃、10 h时,InGaAs/GaAsP结构的波长蓝移量达到70.5 nm,量子垒为GaAsP时比GaAs有更好的促进蓝移效果。相同外延结构下,InGaP牺牲层结构相比AlGaAs牺牲层有更大的波长蓝移。

1550nm高功率基横模半导体激光器及温度特性

通过引入渐变Al组分和脊型波导的设计,制备了1550 nm高功率AlGaInAs/InP基横模半导体激光器,室温连续工作模式下器件的斜率效率达到0.35 mW/mA,在500 mA的工作电流下,输出功率为138 mW,垂直和水平方向的远场发散角分别为32.9°和11.1°,证明器件具有良好的基横模输出特性。同时,建立高阶模截止条件温度模型,研究了器件在不同温度下功率-电流(P-I)曲线中kink效应与远场发散角steering效应的产生原因,阐述了温度对基横模和高阶模增益的影响机制。通过比较不同腔长器件发生kink效应的电流大小,证明长腔长结构可以有效防止kink效应的发生。

宽温度锁定808 nm激光器阵列

为了提高808 nm激光器对固体激光器的泵浦效率,对其波长稳定性进行了研究。阐述了光栅设计的理论基础。将纳米压印、干法刻蚀及湿法腐蚀工艺相结合,制备了含有一阶光栅的808 nm分布反馈(DFB)激光器阵列。在准连续条件(脉宽为200µs,频率为20 Hz)下对所制备的激光器进行性能测试。测试结果表明:所制备的808 nm DFB激光器阵列的发射波长随温度的漂移系数为0.06 nm/℃,温度锁定范围可达70℃(-10~60℃),随电流的漂移系数为0.006 nm/A。

LD抽运单块非平面环形腔单频激光器

报道了激光二极管(LD)抽运单块非平面环形腔(NPRO)Nd:YAG激光器和LD抽运单块键合晶体非平面环形腔Tm:YAG激光器实现单频运转的实验结果。采用LD抽运的单块非平面环形腔Nd:YAG激光器,分别获得了1.876 W和616 mW的1064 nm和1319 nm的单频激光输出,对应的光-光转换效率分别为53.4%和19.2%。采用LD抽运单块键合晶体非平面环形腔Tm:YAG激光器,获得了878 mW的2μm单频激光输出,光-光转换效率为18.8%。为了减小2μm激光器的热效应,采用一种新型的YAG+Tm:YAG+YAG键合单块非平面晶体结构形式并取得了良好的效果。

对915nm InGaAsP/GaAsP初次外延片量子阱混杂的研究

高输出功率和长期可靠性是高功率半导体激光器得以广泛应用的前提,但高功率密度下腔面退化导致的光学灾变损伤(COD)制约了激光器的最大输出功率和可靠性。为了提高915 nm InGaAsP/GaAsP半导体激光器的COD阈值,利用金属有机物化学气相沉积设备来外延生长初次样片。探讨了量子阱混杂对初次外延片发光的影响。此外,使用光致发光谱测量了波峰蓝移量和发光强度。实验结果表明,在退火温度为890℃、退火时间为10 min条件下,波峰蓝移量达到了62.5 nm。对初次外延片进行量子阱混杂可得到较大的波峰蓝移量,且在退火温度为800~890℃、退火时间为10 min的条件下峰值强度均保持在原样片峰值强度的75%以上。

Si_(x)N_(y)沉积参数对量子阱混杂效果的影响

Si_(x)N_(y)常被用作量子阱混杂(QWI)的抑制材料,为了探索Si_(x)N_(y)的生长工艺对InGaAs/GaAs量子阱结构混杂效果的影响,对等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法的工艺参数,如沉积时间、SiH_(4)流量以及射频(RF)功率进行一系列实验。实验结果表明:Si_(x)N_(y)可以较好地保护量子阱,但其厚度对QWI抑制效果的影响较小;当SiH_(4)流量较大时,Si_(x)N_(y)中富Si,退火过程中Si可能发生扩散而与P型欧姆接触层形成电补偿,同时诱导量子阱混杂,使其波长发生较大蓝移;减少SiH_(4)流量,Si_(x)N_(y)中Si的含量降低,折射率降低,但蓝移量仍较大;在一定范围内,蓝移量随着RF功率的增大而增大;当RF功率为50 W、SiH_(4)流量为50 sccm时,Si_(x)N_(y)起到较好的量子阱保护作用,蓝移量仅为14.1 nm。