高功率半导体激光器阵列质量检测

高功率半导体激光器具有广泛的应用前景,然而,激光器的可靠性制约着其发展和应用。文章将半导体激光器的失效归类为封装工艺的缺陷、导热基板性能的限制、热沉设计存在的问题和腔面退化等不同的失效模式,对引起失效的原因和机理进行分析和探讨。根据统计结果,可以看出焊接工艺的缺陷、铟焊料的电迁移、散热基板的低导热率和腔面污染等因素产生的局部高温是造成器件失效的主要原因,从而改进封装工艺,提高激光器的可靠性。

1.74μm大应变InGaAs/InGaAsP半导体锁模激光器

针对光频梳、医学光声成像及痕量气体探测等应用需要,研制了一种InP基碰撞锁模半导体激光器,可在1.74μm波段实现重复频率为19.3GHz的高效锁模,其射频(RF)谱半高全宽(FWHM)约14kHz。在可饱和吸收区未加偏压时,激光器的阈值电流为83mA,最大出光功率可达到25.83mW。固定吸收区偏置电压在-1.6V,增益区驱动电流高于130mA时,锁模激光器开始输出微波射频信号,并且RF谱的FWHM随着电流增加可下降至十几kHz。固定驱动电流为520mA,在吸收区偏置电压从-1.4V降至-2V过程中,激光发射光谱逐渐展宽,在-2V偏压下,光谱的FWHM为9.88nm,包含40多个间隔为0.2nm的纵模。对比分析了不同驱动电流和偏置电压下的射频频谱和发射光谱的变化趋势,证明了该锁模器件具有高效、稳定的锁模机制。

GaSb基半导体激光器功率效率研究

为了提高GaSb基半导体激光器的功率效率和可靠性,研究了GaSb基半导体激光器欧姆接触形成机理并提出了一种新型四层金属欧姆接触结构(Ni/AuGe/Mo/Au)。进行了Au/Mo/AuGe/Ni/n-GaSb在150℃～450℃退火温度下欧姆接触的实验研究,结果表明,新结构能够在250℃～450℃退火温度和10min退火时间下形成良好的欧姆接触并具有较低的接触电阻率,有效地提高了GaSb基半导体激光器的功率效率。俄歇射线能谱分析表明,新型金属化结构中各原子之间的互扩散减少,结构表面形貌光滑、平整,有助于半导体激光器后续封装的进行,有效地提高了GaSb基半导体激光器的可靠性。

2μm GaSb基大功率半导体激光器研究进展

2μm波段GaSb基大功率激光器在诸多领域具有广阔的应用前景,如气体探测、医疗美容、激光加工等。基于功率提升,综述和讨论了2μm波段GaSb基激光器结构的发展过程,介绍了目前国内外的研究状况,讨论和分析了GaSb基激光器提升功率、效率的主要技术问题。并详细介绍了该领域近年来在传统激光器中引入的两种新结构,分析了其技术优势。指出目前2μm波段GaSb基大功率激光器面临瓶颈,并讨论了其发展趋势。

ZnSe基蓝绿色半导体激光器研究进展

在全彩色显示、高密度激光存储、高速打印、高分辨图像处理和战地生化检测等强力推动下，ZnSe基蓝绿色半导体激光器的研究近年来取得了里程碑式的研究结果．为了明确该领域的研究方向，以便分析在实用化进程中必须解决的主要问题，本文对Znse基蓝绿色半导体激光器及其相关材料的研究进展进行了较全面的评述．作为比较，对GaN基蓝绿色半导体激光器的发展情况和尚待解决的问题也进行了简要评述．

GaSb基光泵浦半导体碟片激光器的研究进展(特邀)

GaSb基光泵浦半导体碟片激光器(OP-SDLs)可以获得高光束质量和高功率的红外激光输出,是近年来新型中红外激光器件研究领域的热点。文中介绍了GaSb基光泵浦半导体碟片激光器增益芯片的外延结构和工作原理,综述了2μm波段GaSb基泵浦半导体碟片激光器的研究进展,讨论了该类激光器的波长扩展、功率提升、实现窄线宽短脉冲发射和有效热管理关键问题,评述了性能发展的主要技术方向和应用前景。

光泵浦GaSb基半导体碟片激光器研究进展

发射波长在1．9μm～3．5μm光谱区间的中红外激光器可用来进行环境监控、有毒气体检测、化学传感以及工业过程控制。如2．3μm波段处于天然气的主要气体的强吸收峰，非常适合用于石油化工行业及家庭天然气泄漏监控，保障生产和人身安全。另外，此波段的激光不仅对人眼相对安全，而且还处于空气中相对透明的极其重要的大气窗口。因此在激光测距、光电对抗、自由空间光通信以及目标指示等领域也具有广泛的应用前景。

互耦半导体激光器接入天基网络次序优化

针对传统互耦半导体激光器接入天基网络的次序容易出现混乱、颠倒等问题,提出结合改进遗传算法的互耦半导体激光器接入天基网络次序的优化。采用基于激光位移传感器,阶段选择局部状态,将求解接入天基网络次序优化方案的问题变换成小规模问题,选择天基网络激光器接入点,给出互耦半导体激光器的非线性动力学方程,实现互耦半导体激光器接入天基网络次序的优化,仿真实验结果分析说明,所提激光器接入天基网络次序优化方法的复杂度低,性能优。

GaAs基980 nm高功率半导体激光器的研究进展

GaAs基980 nm半导体激光器在材料加工、通信和医疗等领域有着重要应用。应变量子阱结构的出现提高了GaAs基半导体激光器的转换效率、输出功率和可靠性。本文综述了高功率GaAs基量子阱激光器历史发展,介绍了高功率半导体激光器的外延结构、芯片结构和封装结构设计,重点阐述了影响高功率GaAs基量子阱激光器光电性能、散热和实际应用的问题。针对以上问题讨论了相应解决方案及研究成果,并指出了各个方案的不足之处和改进方向。最后,总结了高功率半导体激光器的发展现状,对高功率半导体激光器发展方向进行了展望。

GaN基光栅外腔半导体激光器研究进展

介绍了光栅外腔半导体激光器应用外部光栅实现选模和线宽压窄的基本原理,以及Littrow和Littman两种典型外腔结构和主要组成光学元件,讨论了主要性能表征参数包括调谐范围、激射线宽和边模抑制比等,分析了其关于稳定性的主要技术难点。在此基础上,详细综述了GaN基光栅外腔半导体激光器的国内外研究进展,主要集中在线宽、无跳模调谐范围和功率三个性能指标的优化上,特别提及了厦门大学研究小组的工作进展。最后讨论了其在高精度光谱测试、气体探测和大容量全息数据存储中的应用,并且列举了铟原子的光谱测试和NO气体探测。

高功率808nmAlGaAs/GaAs基半导体激光器巴条的热耦合特征（英文）

利用红外热成像技术和有限元方法在实验和理论上研究了高功率808 nm半导体激光器巴条热耦合特征,给出了稳态和瞬态热分析,呈现了详细的激光器巴条热耦合轮廓.发现器件稳态温升随工作电流呈对数增加,热耦合也随之增加且主要发生在芯片级.另外,作者利用热阻并联模型解释了芯片级热时间常数随工作电流减小的现象.

半导体所2μm波段InP基量子阱激光器取得重要进展

发光波长位于2～3μm波段的高性能半导体激光光源因可以广泛应用于气体探测、超长距离无中继通信、生物医学等领域而成为人们研究的热点。

我国氮化镓基半导体激光器研究取得突破

由中科院半导体所和中科光电有限公司共同承担的国家“863”计划光电子材料与器件主题项目“氮化镓基激光器”获得重大突破．在中国大陆首次研制成功具有自主知识产权的氮化镓基激光器原型。该氮化镓基激光器采用在蓝宝石衬底上外延的多量子阱增益波导结构，激射波长为410nm，条宽5μm，条长800μm。

半导体侧面抽运板条激光器光束质量优化

为了优化高功率板条激光器的光束质量,采用提高单侧基模光束的尺寸来限制腔内部分高阶模式振荡的方法,针对半导体侧面抽运板条激光器,测量了激光器在抽运状态下水平和竖直方向热焦距,建立了热透镜等效模型,并以平-平腔为参考,设计了水平和竖直方向单侧基模尺寸均会扩大的平-凹腔。验证了对于激光介质截面尺寸固定的板条激光器,扩大单侧基模尺寸可以限制高阶模式从而优化光束质量,并提出了进一步优化板条激光器性能的研究方法。结果表明,当平-凹腔的腔长为370mm时,输出功率为59.9W,水平方向M 2因子由平-平腔的115.6显著优化至32.9,竖直方向M 2因子由116.4显著优化为60.9。该研究对于板条激光器获得高质量输出及相关应用有实际意义。

GaSb基激光器腔面膜的材料选取及膜系设计

为了提高GaSb基激光器腔面膜的反射率,根据有关薄膜设计理论并借助薄膜设计软件,设计出激光器腔面膜膜系.使高反膜在2.0～3.5 μm波段的理论反射率高于95％;增透膜在波长为2.5 μm处的理论透射率高于99％.并经过反复实验操作比较了实验与理论设计反射率曲线,结果表明,实验所得反射率能达到实际应用的要求.除此之外,还通过比较各种材料的特性,讨论了薄膜材料的选取.

低远场发散角976 nm基横模脊形半导体激光器

采用非对称大光腔外延结构设计制备出976 nm InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱脊形半导体激光器,通过对外延结构的设计优化,以实现器件低远场发散角、低功耗的基横模稳定输出。所制备基横模脊形半导体激光器的脊宽为5μm、腔长为1500μm,在25℃测试温度下,可获得422 mW最大连续输出功率,峰值波长为973.3 nm,光谱线宽(FWHM)为1.4 nm。当注入电流为500 mA时,垂直和水平远场发散角(FWHM)分别为24.15°和3.90°。在15~35℃测试温度范围内对脊形半导体激光器的水平远场发散角进行测试分析,发现随着测试温度的升高,器件远场分布变化较小,水平远场发散角基本维持在3.9°左右。

浅谈半导体激光器

半导体激光器具有体积小、寿命长和可采用简单注入电流的方式等优点,目前的半导体激光器已经可以做到单模输出,所以平行性、单色性等性能大幅提升,在实际应用中成为最重要的一类激光器。

2 μm GaSb基低垂直发散角布拉格反射波导激光器优化设计

为实现2μm低发散角激光,提出在Ga Sb基半导体激光器中引入布拉格反射波导,利用光子带隙效应替代传统的全反射进行光场限制。研究了分布反馈反射镜(DBR)的厚度、对数、高低折射率DBR厚度比以及中心腔厚度等参数对激光器垂直远场发散角和光限制因子的影响。结果表明:垂直远场发散角随单对DBR厚度的增加而减小;光限制因子与远场发散角都随拉格反射镜对数的增加而减小,随高低折射率DBR厚度比的减小而增大;随着中心层厚度的增大,光限制因子减小而远场发散角增大。最终在理论上优化设计出了一种双边布拉格反射波导结构的超低垂直发散角2μm Ga Sb基边发射半导体激光器,其垂直远场发散角可降低到10°以下。

2微米波段低发散角瓦级GaSb基宽区量子阱激光器（英文）

通过在宽区GaSb基半导体激光器波导中引入鱼骨型微结构,实现了瓦级激光输出并且改善了侧向发散角.本文通过分析微结构的刻蚀深度对激光功率和远场特性的影响,研究并发现了微结构的引入可以明显的提高激光器输出功率,同时深刻蚀的微结构对降低模式数和侧向发散角有着更明显的改善作用.相比于未引入微结构的激光器,引入深刻蚀微结构的宽区激光器侧向95%功率定义的远场发散角降低了大约57%,并且实现了超过1.1 W的最大连续输出功率.

面向硅基光子集成的片上半导体激光器(特邀)

硅基集成Ⅲ-V族化合物半导体激光器是硅光技术发展的关键,多年来研究人员发展了三大类集成方案。本文对这三类技术进行概括性综述:基于倒装焊等工艺的混合集成方案将预先制备的激光器芯粒通过压焊等手段精确安装至硅光芯片,已实现小批量生产,但在生产效率、良率、成本等方面具有一定的局限性;基于材料转移或键合的异质集成方案通过将晶格匹配衬底上预先外延制备的高质量有源层薄膜贴合至硅光衬底晶圆上,实现了大尺寸硅衬底上的全晶圆级激光器加工,可大幅度提高生产效率,该方案正进一步提高良率;硅基直接外延化合物半导体激光器的异质集成方案作为真正的晶圆级加工技术路线具有极大的吸引力,通过缓冲层、垂直或侧向选区外延等方式,克服材料间的理化性质失配、反相畴以及激光器与硅波导之间的光耦合效率低等技术难题,取得了多项突破,展现了良好的发展前景。