Si杂质扩散诱导InGaAs/AlGaAs量子阱混杂的研究（英文）

光学灾变损伤(COD)常发生于量子阱半导体激光器的前腔面处,极大地影响了激光器的出光功率及寿命。通过杂质诱导量子阱混杂技术使腔面区波长蓝移来制备非吸收窗口是抑制腔面COD的有效手段,也是一种高效率、低成本方法。本文选择了Si杂质作为量子阱混杂的诱导源,使用金属有机化学气相沉积设备生长了InGaAs/AlGaAs量子阱半导体激光器外延结构、Si杂质扩散层及Si 3 N 4保护层。热退火处理后,Si杂质扩散诱导量子阱区和垒区材料互扩散,量子阱禁带变宽,输出波长发生蓝移。退火会影响外延片的表面形貌,而表面形貌则可能会影响后续封装工艺中电极的制备。结合光学显微镜及光致发光谱的测试结果,得到825℃/2 h退火条件下约93 nm的最大波长蓝移量,也证明退火对表面形貌的改变,不会影响波长蓝移效果及后续电极工艺。     

Zn杂质扩散诱导AlGaInP/GaInP量子阱混杂

杂质扩散诱导量子阱混杂技术可用于制作腔面非吸收窗口,提高大功率半导体激光器的输出功率.以Zn2As2为扩散源,采用闭管扩散方式,在550℃下对650 nm半导体激光器的外延片进行了一系列Zn杂质扩散诱导量子阱混杂的实验.实验发现,随着扩散时间从20～120 min,样品光致发光(PL)谱蓝移偏移增加,峰值波长蓝移53 nm;当扩散时间超过60 min后,样品的PL谱中不仅出现了常见的蓝移峰,同时还出现了红移峰,峰值波长红移32 nm.分析表明PL谱蓝移来自Zn扩散引起的AlGaInP/GaInP间的量子阱混杂;红移来自Zn杂质扩散对样品中Ga0.51In0.49P缓冲层的影响.还研究了扩散温度(550℃)和扩散时间对样品晶体品质的影响,并在理论上计算了AlGaInP/GaInP量子阱混杂巾的Al-Ga的互扩散系数.     

快速热退火引起的GaAs／AlGaAs双量子阱中铝原子的扩散研究

用分子束外延生长了ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ双量子阱激光器结构样品，并对不同温度快速热退火导致量子阱组分无序即阱和垒中三族元素的扩散过程进行了实验和理论研究 。用光荧光技术测量退火样品的ｎ＝１量子阱能级跃迁峰值位置，结果表明退火前后样品量子阱能级位置发生蓝移，蓝移量随温度的提高而增大，对退火过程中ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子阱中三族元素的扩散过程中进行了理论分析，并与实验结果相比较，获得了不同退火温度下     

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...     

基于GaAs膜的GaInP/AlGaInP无杂质空位扩散诱导量子阱混杂的研究（英文）

在红光半导体激光器芯片上采用GaAs介质膜进行无杂质空位扩散诱导量子阱混杂研究。激光器芯片的有源区由一个9 nm厚的GaInP量子阱和两个350 nm厚的AlGaInP量子垒构成,利用MOCVD方法在芯片表面生长GaAs介质膜。在950℃的情况下进行不同时长不同GaAs层厚度的高温快速热退火诱发量子阱混杂。通过光致发光光谱分析样品混杂之后的波长蓝移情况和光谱半峰全宽变化规律。当退火时间达到120 s时,样品获得53.4 nm的最大波长蓝移;在1 min退火时间下获得18 nm的最小光谱半峰全宽。     

快速热退火引起GaAs/AlGaAs双量子阱中铝原子的扩散研究

用分子束外延生长了GaAs/AlGaAs双量子阱激光器结构样品，并对不同温度快速热退火导致量子阱组分无序即阱和垒中三族元素的扩散过程进行了实验和理论研究.用光荧光技术测量退火样品的n=1量子阱能级跃迁峰值位置，结果表明退火前后样品量子阱能级位置发生蓝移，蓝移量随温度的提高而增大.对退火过程中GaAs/AlGaAs量子阱中三族元素的扩散过程进行了理论分析，并与实验结果相比较，获得了不同退火温度下铝原子的扩散系数和扩散过程的激活能.950℃，30s退火条件下，铝原子的扩散系数为6.6×10^{-16相似文献}   

张应变GaInP量子阱结构变温光致发光特性

对张应变GaInP量子阱激光器材料结构开展变温光致发光特性的研究,实验中激光器有源区为9nm Ga0.575In0.425P量子阱结构,采用N离子注入并结合730℃下的快速热退火处理来诱导有源区发生量子阱混杂.变温(10K～300K)光致发光特性研究表明:300K时,只进行快速热退火或者N离子注入的样品不发生峰值波长蓝移,N离子注入后样品在退火时发生波长蓝移,且蓝移量随退火时间的增加而增加;低温条件时,不同样品的光致发光特性差别较大,光致发光谱既有单峰,也有双峰,分析认为双峰中的短波长发光峰为本征激子的复合,长波长发光峰是由于有序区域中的电子与无序区域中的空穴复合引起.本研究可为半导体激光器长期工作可靠性和材料低温特性的相互关系提供一种新的研究思路.     

GaAsN/GaAs量子阱在1 MeV电子束辐照下的退化规律

为研究GaAsN/GaAs量子阱在电子束辐照下的退化规律与机制,对GaAsN/GaAs量子阱进行了不同注量(1×1015,1×1016 e/cm2)1 MeV电子束辐照和辐照后不同温度退火(650,750,850℃)试验,并结合Mulassis仿真和GaAs能带模型图对其分析讨论。结果表明,随着电子注量的增加,GaAsN/GaAs量子阱光学性能急剧降低,注量为1×1015 e/cm2和1×1016 e/cm2的电子束辐照后,GaAsN/GaAs量子阱PL强度分别衰减为初始值的85%和29%。GaAsN/GaAs量子阱电子辐照后650℃退火5 min,样品PL强度恢复到初始值,材料带隙没有发生变化。GaAsN/GaAs量子阱辐照后750℃和850℃各退火5 min后,样品PL强度随退火温度的升高不断减小,同时N原子外扩散使得样品带隙发生约4 nm蓝移。退火温度升高没有造成带隙更大的蓝移,这是由于进一步的温度升高产生了新的N—As间隙缺陷,抑制了N原子外扩散,同时导致GaAsN/GaAs量子阱光学性能退化。     

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.     

温度对InP激光器波长蓝移影响的分析

对AlGaInAs多量子阱FP TO-56半导体激光器在不同环境温度、相同发热量下测量出光波长的变化来分析器件波长温度变化系数;并对器件在室温、不同发热功率下的出光波长变化进行测量,分析计算得到器件热阻为183K/W.接着对器件进行不同高温应力试验,结果显示:环境温度从120℃增加至220℃时,器件峰值波长发生缓慢蓝移;当环境温度达到225℃时,器件波长发生明显蓝移,从试验前1 297nm蓝移至1 265nm;温度继续增加至235℃,波长蓝移至1 258nm,同时光谱模式间隔从试验前0.92nm降低至0.84nm,即模式有效折射率从3.66增加至3.77;温度继续增加至240℃,器件失效无光.其主要原因可能为:高温应力下,激光器外延材料中波导层、量子阱量子垒中的Al、Ga、In金属元素往有源区方向迁移使得量子阱有效禁带宽度以及有源区波导折射率增大.该试验结果为进一步分析器件高温下器件的失效机理以及改善器件高温性能提供试验基础.     

852 nm半导体激光器InGaAlAs、InGaAsP、 InGaAs和GaAs量子阱的温度稳定性

为了提高852 nm半导体激光器的温度稳定性,理论计算了InGaAlAs、InGaAsP、InGaAs和GaAs量子阱的增益,模拟对比并研究了不同量子阱的增益峰值和峰值波长随温度的漂移。结果显示,采用In_0.15Ga_0.74-Al_0.11As作为852 nm半导体激光器的量子阱可以使器件同时具有较高的增益峰值和良好的温度稳定性。使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延生长了压应变In_0.15Ga_0.74Al_0.11As单量子阱852 nm半导体激光器,实验测得波长随温度漂移的数值为0.256 nm/K,实验测试结果验证了理论计算结果。     

850nm锥形半导体激光器的温度特性

采用激射波长为850 nm的AlGaInAs/AlGaAs梯度折射率波导分别限制增益量子阱结构的外延片,分别制备了具有锥形结构和条形结构的半导体激光器,并对比分析了两者的温度特性。结果显示,测试温度为20～70℃时,锥形结构器件的特征温度为164 K,远高于条形结构器件的96 K;占空比为0.5%（t=50μs,f=100 Hz）,1 000 mA脉冲电流注入条件下,锥形激光器和条形激光器的波长漂移系数分别为0.25和0.28 nm/K;测试温度〈50℃时,锥形激光器和条形激光器的光谱半高宽分别约为1.12和1.24 nm。实验结果表明：相同外延层结构条件下,锥形激光器比条形激光器拥有更高的特征温度。     

941nm2%占空比大功率半导体激光器线阵列

计算了半导体激光器的激射波长与量子阱宽度以及有源层中In组分的关系,确定了941nm波长的量子阱宽度和In组分.并利用金属有机化合物气相淀积(MOCVD)技术生长了InGaAs/GaAs/AlGaAs分别限制应变单量子阱激光器材料.利用该材料制成半导体激光器线阵列的峰值波长为940.5 nm,光谱的FWHM为2.6 nm,在400 μs,50 Hz的输入电流下,输出峰值功率达到114.7 W(165 A),斜率效率高达0.81 W/A,阈值电流密度为103.7 A/cm2;串联电阻5 mΩ,最高转换效率可达36.9%.     

带有锥形增益区14xxnm量子阱激光器的研制

利用MOCVD生长了14xxnm AlGaInAs/AlInAs/InP应变量子阱外延片.采用带有锥形增益区脊型波导结构和普通条形脊型波导结构在相同的实验条件下制作800 μm腔长激光器管芯,在相同的驱动电流下前者可以获得更高的输出光功率,而且P-Ⅰ曲线线性度较好、饱和电流高. 1200 μm腔长带有锥形增益区脊型波导结构管芯功率达到500 mW,饱和电流3 A以上,峰值波长1460 nm,远场发散角为39°×11°.     

980nm高功率列阵半导体激光器

本文分析了影响列阵半导体激光器输出功率的因素。利用分子束外延生长方法生长出InGaAs/GaAs应变量子阱激光器材料。利用该材料制作的应变量子阱列阵半导体激光器准连续（100Hz,100μs）输出功率达到80W（室温）,峰值波长为978－981nm。     

808 nm垂直腔面发射激光器列阵的温度特性分析

为了研究温度对808 nm InGaAlAs垂直腔面发射激光器（VCSEL）列阵输出特性的影响,通过变温塞耳迈耶尔方程计算了InGaAlAs量子阱VCSEL的温度漂移系数。采用非闭合环结构,制备了2×2 的808 nm垂直腔面发射激光器列阵,每个单元的出光口径为60 μm。通过热沉温度调节,对不同温度下的列阵激射波长、光功率以及阈值电流进行了测量。在温度为20 ℃、脉宽为50 μs、重复频率为100 Hz的脉冲条件下,列阵的最大输出功率达到56 mW,中心光谱值为808.38 nm,光谱半宽为2.5 nm,连续输出功率达到22 mW。通过变温测试,发现输出功率在50 ℃以上衰减剧烈,列阵的温漂系数为0.055 nm/℃。实验测得的温漂系数与理论值保持一致。     

Nd∶YVO4/Nd∶GdVO4双波长激光器的功率均衡实验研究

实验研究了Nd∶YVO4/Nd∶GdVO4双波长激光器在不同抽运功率条件下,通过调节热沉温度达到功率均衡时的输出特性.实验结果表明:对于Nd∶YVO4/Nd∶GdVO4双波长激光器,当提高抽运功率,需要重新降低热沉温度达到功率均衡输出,降温幅度与抽运功率增加之比为11.23℃/W.与此同时,随着抽运功率和热沉温度的变化,双波长激光器的中心波长会出现小幅度的漂移,左峰波长随抽运功率增加的蓝移速率为0.056 nm/W,右峰波长随抽运功率增加的蓝移速率为0.054 nm/W.实验还发现功率均衡条件下激光器的输出总功率随抽运功率的增加而增加,拟合斜效率为8.7%,当抽运功率为5.58 W时,输出最大总功率达到115.7 mW.     

808 nm InGaAsP-InP单量子阱激光器热特性研究

从InGaAsP-InP单量子阱激光器结构分析入手，采用自行设计的热封闭系统对808 nm InGaAsP-InP单量子阱激光器热特性进行了研究.实验表明，在23-70℃的温度范围内，器件的功率由1.74 W降到0.51 W，斜率效率由1.08 W/A降到0.51 W/A.实验测得其特征温度T0为325 K.激射波长随温度的漂移dλ/dT为 0.44 nm/℃.其芯片的热阻为3.33℃/W.     

增益腔模大失配型垂直外腔面发射激光器侧向激射抑制

垂直外腔面发射激光器(Vertical external cavity surface emitting laser,VECSEL)的侧向激射是制约其高性能工作的关键。我们设计了室温下量子阱增益峰与表面腔模大失配(30 nm)的增益芯片结构,并证实该结构可以有效抑制泵浦功率增加时VECSEL的侧向激射增强问题。增益芯片基底温度为20℃时,VECSEL正向激射波长位于980 nm,侧向激射波长位于950 nm,当泵浦功率逐步增加时,侧向激射强度随着正向激射的出现而迅速降低。这是因为激光正向激射时量子阱的受激辐射能级与正向激射激光模式匹配,正向激射的激光模式可以获取更高的模式增益,在与侧向模式的竞争中处于优势地位。当基底温度控制在0℃与10℃时,量子阱本征增益峰值与表面腔模失配度增大,此时VECSEL仍然表现出稳定的侧向激射抑制效果。     

808 nm高占空比大功率半导体激光器阵列

 采用渐变折射率分别限制单量子阱宽波导结构,通过降低非辐射复合、有源层载流子泄露、散射和吸收损耗来提高出射效率和降低激光阈值电流,从而提高半导体激光器阵列的输出功率;同时使P面具有更高的粒子掺杂数密度,优化N面合金条件,降低半导体激光器的串联电阻,降低焦耳热,提高了半导体激光器阵列的转换效率。利用金属有机化学气相淀积技术生长GaInAsP/InGaP/AlGaAs渐变折射率分别限制单量子阱宽波导结构激光器材料,利用该材料制成半导体激光线阵列在20%高占空比的输入电流下,半导体激光器的输出峰值功率达到189.64 W(180 A),斜率效率为1.1 W/A,中心波长为805.0 nm,阈值电流为7.6 A,电光转换效率最高可达55.4%;在1%占空比的输入电流下,阵列的输出峰值功率可达324.9 W(300 A),斜率效率为1.11 W/A,阈值电流为7.8 A,电光转化效率最高达55.6%,中心波长为804.5 nm。