双有源区隧道再生半导体激光器温度场分布研究

针对隧道再生半导体激光器,建立了内部的热源分布模型,分析了三种封装方式对芯片内部温度分布的影响;模拟结果表明加电后几微秒的时间内,芯片内温度场分布主要由隧道再生结构的热特性决定,与封装形式关系不大;在几微秒到几十或一百毫秒的时间范围内,有源区的温度上升很快;几百毫秒以后,器件温度达到稳态,有源区的平衡温度主要决定于载体的散热特性。稳态时靠近衬底的有源区温度高于靠近热沉的有源区的温度,但两有源区的温差很小,芯片内最高温度出现在靠近衬底有源区的脊形中心。

隧道再生半导体激光器热弛豫积累过程研究

针对隧道再生半导体激光器,建立了内部的热源分布模型。利用有限元方法模拟计算得到了两有源区隧道再生半导体激光器在不同占空比下工作时的热弛豫积累过程。模拟结果表明,芯片达到平衡前的热弛豫积累时间和达到热平衡时的温度均随注入电流占空比的增加而增加,热弛豫积累时间小于200ms。芯片内部温度分布表明,靠近衬底的有源区温度略高于靠近热沉的有源区温度,但温度差较小,热效应造成的波长漂移不会造成双峰现象。实验测量了在相同的边界条件下,不同占空比下器件的峰值波长,将其转换为温升,与模拟结果吻合。

焊料空隙对隧道再生半导体激光器温度分布的影响

针对隧道再生半导体激光器,建立了内部的热源分布模型.模拟计算得到了2个有源区隧道再生半导体激光器三维稳态温度分布,分析了焊料空隙对芯片内部稳态温度分布的影响.结果表明,当芯片与焊料为理想全接触时,靠近衬底的有源区的热量积累略高于靠近热沉的有源区的热量;随着空隙的增大,焊料空隙上方靠近热沉的有源区的局部温升较快,容易引起正反馈的电热烧毁,与实验结果吻合.

隧道再生半导体激光器的三维稳态热特性研究

针对隧道再生半导体激光器,建立了内部的热源分布模型,利用有限元方法模拟计算得到了两有源区隧道再生半导体激光器稳态三维温度分布。模拟结果表明,靠近衬底的有源区的光出射腔面中心的温度最高。在平行于结的方向上,温升集中在脊形电极内;在垂直于结的方向上,靠近衬底的有源区温度始终高于靠近热沉的有源区的温度;沿腔长方向,在光反射腔面附近温度下降较快。随着注入电流的增大,两有源区的温度升高,温差变大。实验测量了不同注入电流下器件的峰值波长,将其转换为温升,与模拟结果吻合。

多有源区隧道再生半导体激光器稳态热特性

利用有限元软件ANSYS结合傅里叶定律,对制约适用于光纤耦合输出的新型高功率多有源区隧道再生半导体激光器长寿命工作的稳态热特性进行了系统计算、分析。获得了这种新型器件工作时各有源区温度分布特征及与传统单有源区器件稳态热特性的区别,并给出了多有源区隧道再生半导体激光器工作时各有源区温度的估算方法,同时对有效降低这种新型器件热阻的方法进行了讨论。结果表明:连续工作时,多有源区隧道再生半导体激光器比同材料体系传统结构器件更易获得较高的输出功率。

隧道再生结构的垂直腔面发射激光器激射特性研究

对隧道再生多有源区内腔接触式垂直腔面发射激光器(VCSEL)材料特性进行了实验研究,得到了VCSEL外延片量子阱增益谱峰值波长、谐振腔谐振波长、DBR反射谱中心波长及材料的生长厚度偏差等重要信息。如果谐振腔谐振波长比增益谱峰值波长长20nm以上,阈值条件很难得到满足,器件很难实现激射。符合模拟参数生长的双有源区隧道再生VCSEL实现了室温激射。氧化孔径8.3μm器件,在11mA注入电流下,获得5mW的输出功率,斜率效率0.702mW/mA,激射波长970nm。

新型多有源区隧道再生光耦合大功率半导体激光器

针对大功率半导体激光器面临的主要困难 ,提出并实现了一种隧道再生多有源区耦合大光腔高效大功率半导体激光器机理 .该机理能有效地解决光功率密度过高引起的端面灾变性毁坏、热烧毁和光束质量差等大功率激光器存在的主要问题 .采用低压金属有机化合物气相淀积方法生长了以碳和硅作为掺杂剂的GaAs隧道结、GaAs/In GaAs应变量子阱有源区和新型多有源区半导体激光器外延结构 ,并制备了高性能大功率 980nm激光器件 .三有源区激光器外微分量子效率达 2 .2 ,2A驱动电流下单面未镀膜激光输出功率高达 2 .5W .

新型高效隧道再生多有源区超高亮AlGaInP发光二极管

分析了传统的发光二极管所存在的问题,提出了一种新的发光机制——高效隧道再生多有源区发光机制,详细介绍了新型发光管的工作原理,结构和制备工艺.通过理论和测试分析,验证了新机理器件的轴向光强随有源区的数目增加而线性增加的物理思想,实现了在小电流下的高亮度发光.器件在未生长厚电流扩展层的情况下,峰值波长在625nm左右,20mA注入电流下,15°普通封装,轴向光强最大超过5 cd.

隧道再生半导体激光器内部温度场的三维分布

针对隧道再生半导体激光器,建立了内部热源分布模型,利用有限元方法模拟计算了两有源区隧道再生半导体激光器瞬态和稳态三维温度分布。瞬态模拟结果表明,加电后几个s的时间内两个有源区的温升很小,在几个s到几十个ms的时间内温度上升很快,几百个ms以后温度达到稳态,与测量结果吻合。稳态模拟结果表明,稳态时温升集中在脊形电极内,靠近衬底的有源区温度始终高于靠近热沉的有源区的温度。沿腔长方向存在温差,在光反射腔面附近温度下降较快。芯片内最高温度出现在靠近衬底有源区的光出射腔面的脊形电极中心。

隧道再生大功率半导体激光器模式特性分析

利用有效折射率法计算了隧道再生双有源区大功率半导体激光器的工作模式,并对计算得到的激射模式的近场、远场与实验结果进行比较,得到激射模式为一阶模,二者十分吻合,这有助于进一步优化设计波导结构。

载流子输运和寄生参数对隧道再生双有源区垂直腔面发射激光器调制特性的影响

建立了一种适用于多量子阱和多有源区的多层速率方程模型.通过小信号分析,得到了光子密度、载流子俘获、逃逸和隧穿时间等关键参数对单有源区和隧道再生双有源区垂直腔面发射激光器频率响应特性的影响,并分析了在相同驱动电流下隧道再生双有源区器件调制带宽大于单有源区器件的原因.进一步研究了隧道再生双有源区内腔接触氧化限制型垂直腔面发射激光器的寄生电参数及其寄生电路,对其频率响应进行了模拟分析.

垂直腔面发射激光器新型结构的特性比较

通过对一种微分量子效率可以大于 1的新型多有源区隧道再生应变量子阱垂直腔面发射半导体激光器 (VCSELs)结构 ,以及由此设计出的阈值电流更小、输出功率更大的器件与普通结构在反射率及注入电流都相同的条件下输出功率大小的比较及阈值电流密度大小的比较 ,从而在理论上证实了这种VCSELs新型结构的优势。

新型垂直腔面发射激光器的最优化设计模式

本文通过提出具有优点为微分量子效率可以大于1的一种新型多有源区隧道再生应变量子阱垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs)结构,可得到阀值电流更小、输出功率更大的器件。同时,通过对这种器件功率效率的分析,总结出针对这种新型结构的以固定工作电流及串联电阻为参数的最优化DBR反射率公式,并且就功率效率与工作电流、串联电阻及反射率的关系进行了讨论,这将对器件的合理设计以及器件制备具有实质性的指导作用。

多有源区垂直腔面发射半导体激光器的特性分析

提出了一种多有源区隧道再生应变量子阱垂直腔面半导体激光器(VCSEL)结构,其微分量子效率可以大于1,并且可以得到阈值电流小、输出功率大的器件。从理论上得到了针对这种结构的以固定输入电流及串联电阻为参数的最优化分布式布喇格反射镜(DBR)的反射率。从理论上证实了这种结构随着有源区数目的增加能大大提高输出功率,并能极大降低阈值电源密度。

实现半导体白光LED的新途径

光子再生LED技术、隧道再生LED技术、多量子阱和量子点白光LED技术,是避开国际专利冲突,从而获得白光LED的新方法.

大光腔小垂直发散角InGaAs/GaAs/AlGaAs半导体激光器

提出并实现了新型隧道再生耦合大光腔半导体激光器 ,近场光斑宽度达到 1μm ,较普通半导体激光器提高了一个数量级 ,有效地解决了普通半导体激光器由于发光面积狭窄而导致的端面灾变性毁坏和垂直发散角大的问题 .采用低压金属有机物化学气相沉积方法生长了以C和Si分别作为掺杂剂的AlGaAs隧道结、GaAs InGaAs应变量子阱有源区和新型半导体激光器外延结构 ,并制备出器件 ,其垂直发散角为 2 0°,阈值电流密度为 2 77A cm2 ,斜率效率在未镀膜时达到 0 80W A .