VCSEL with reticular electrode and larger emitting aperture and its optoelectronic characteristics

The enlargement of the emitting aperture is usually one of the important methods of increasing vertical- cavity surface-emitting laser （VCSEL） optical output power. However, in a VCSEL with a larger aperture, the inhomogeneity in the injected current often causes inhomogeneous or even no emission. To solve this problem and to increase VCSEL output power, as well as to improve its thermal characteristics, we develop a new type of injected VCSEL with a larger aperture and a reticular electrode, where the conventional circular injection electrode of the P side is turned into a reticular one, and the heat sink is on the N side. The tests of the new VCSEL show an improvement in homogeneity in not only the injected current but also the emission intensity. The optical output power is also considerably increased, and the device optoelectronic performance is improved.     

应用于VCSEL的GaAs/AlOx高折射率对比度亚波长光栅反射镜的设计和制备

基于严格耦合波理论,分析GaAs/AlO_x高折射率对比度亚波长光栅(HCG)反射镜的偏振和反射特性,设计了横电(TE)偏振的HCG。当入射光由衬底垂直入射时,HCG在940 nm附近的最高反射率接近1。分析了光栅形貌误差和入射角偏差对其反射特性的影响。采用金属有机化合物气相沉积技术进行外延生长,通过电子束曝光、干法刻蚀、湿法刻蚀以及湿法氧化等方法制备出HCG,并进行理论与实验结果的对比分析。实验测试了入射光由光栅表面垂直入射的反射率,其中TE偏振光的最高反射率达到84.9%,与86.5%的理论值比较接近,且横磁(TM)偏振光的反射率低于40%,反射谱的变化规律也与理论结果基本一致,这验证了理论结果的合理性。该反射镜可以作为垂直腔面发射激光器的超薄反射器,具有低损耗、偏振稳定和单模工作的特性。     

A Diode-Side-Pumped Dynamic Fundamental Mode Nd：YAG Laser

A fundamental mode Nd：YAG laser is experimentally demonstrated with a stagger pumped laser module and a special resonator. The rod is pumped symmetrically by staggered bar modules. A dynamic fundamental mode is achieved with the special resonator under different pump levels. A maximal continuous wave output of 61 W （M^2 = 1.4） is achieved with a single rod. An average output of 47 W, pulse width of 54 ns, pulse energy of 4.7 mJ and peak power of 87kW are obtained under the Q-switched operation of 10 kHz.     

Characteristics of selective oxidation during the fabrication of vertical cavity surface emitting laser

Taking into account oxidation temperature, N₂ carrier gas flow, and the geometry of the mesa structures this paper investigates the characteristics of selective oxidation during the fabrication of the vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) in detail. Results show that the selective oxidation follows a law which differs from any reported in the literature. Below 435℃ selective oxidation of Al_0.98Ga_0.02As follows a linear growth law for the two mesa structures employed in VCSEL. Above 435℃ approximately increasing parabolic growth is found, which is influenced by the geometry of the mesa structures. Theoretical analysis on the difference between the two structures for the initial oxidation has been performed, which demonstrates that the geometry of the mesa structures does influence on the growth rate of oxide at higher temperatures.     

GaSb基PECVD法制备SiO2薄膜的应力研究

为了实现在GaSb衬底上获得低应力的SiO₂薄膜,研究了等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）在晶格失配较大的GaSb衬底上沉积SiO₂薄膜的应力情况。通过改变薄膜沉积时的工艺条件,如反应温度、射频功率、反应压强、气体流量比,并基于曲率法模型,对镀膜前后的曲率半径进行了实验测量,利用Stoney公式计算相关应力值并绘制应力变化曲线。详细讨论了PECVD工艺条件的改变对SiO₂薄膜应力所产生的影响。同时通过在Si衬底上沉积SiO₂薄膜,对比分析了导致薄膜应力产生的因素及变化过程。实验结果表明,在沉积温度为300℃、射频功率为20 W、腔体压强为90 Pa、气体流量比SiH₄/N₂O为125/70 cm³·min^-1的工艺参数下,PECVD法在GaSb衬底上沉积的SiO₂薄膜应力相对较小。     

径向桥电极高功率垂直腔面发射激光器

为改善高功率垂直腔面发射半导体激光器的热特性,提高它的输出功率,研制了新型径向桥电极高功率垂直腔面发射半导体激光器器件,对新型半导体激光器的结构模型进行理论分析表明,采用径向桥式电极可以降低器件P型DBR电阻,减小焦耳热;降低热阻,提高器件的散热能力。实验制备了出光孔径同为200μm的径向桥电极与常规电极的高功率垂直腔面发射半导体激光器,并对器件的性能进行了实验对比测试。结果表明径向桥电极高功率垂直腔面发射半导体激光器器件的微分电阻为0.43Ω;室温下最大输出功率可达340 mW,是常规电极垂直腔面发射半导体激光器的1.7倍;器件的热阻为0.095℃/mW,在80℃时,仍能正常激射,具有良好的热特性,径向桥电极高功率垂直腔面发射半导体激光器的光电特性与温度特性要远好于常规电极的高功率垂直腔面发射半导体激光器器件。     

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.     

一种具有低折射率的高对比度光栅反射镜的设计

设计并研究了一种工作于2 μm波段的GaSb基亚波长高对比度光栅反射镜,其具有低折射率光栅层结构。通过严格耦合波理论优化结构,以最大限度地满足VCSEL腔面反射镜对反射率带宽的要求。反射镜对2 μm波段的TM模式具有优良的反射效率,带宽与设计波长之比达15%（反射率R>99%）,在反射率R>99.9%的部分Δλ/λ₀>9.5%,带宽中心波长为2.003 μm,与此同时TE模的反射率不超过70.20%。该反射镜结构中几个参数的制作容差较大,且厚度低于1.1 μm,有利于在垂直腔面发射半导体激光器上的单片集成。     

垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的实验研究

为实现对垂直腔面发射半导体激光器氧化孔径的精确控制,提高其光电特性,对湿法氧化工艺进行了实验研究.在不同的氧化温度下,对相同结构的垂直腔面发射半导体激光器模拟片进行湿法氧化.采用X射线能谱分析仪,对氧化后模拟片的氧化层按不同的氧化深度对其氧化生成物进行检测.依据氧化生成物中氧元素组分浓度的变化,对氧化过程进行了分析与讨论,推导出在一定的温度下,氧化速率随时间变化的一般规律.提出了在垂直腔面发射半导体激光器的湿法氧化工艺过程中,适当降低氧化温度,延长氧化时间,可减小氧化限制孔径的控制误差,提高氧化工艺的准确性与稳定性.     

808nm大孔径垂直腔面发射激光器研究

垂直腔面发射激光器(VCSEL)中的载流子聚集效应使注入到有源区的工作电流只是通过边缘环形区域很窄的通道,激光功率密度分布不均匀;尤其当器件尺寸较大时,激射光斑呈现环状,环中间光强很弱.这是研制电抽运高功率大尺寸VCSEL尤为突出的技术难题.采用新型结构成功研制出808 nm波段高功率大孔径VCSEL,在注入电流为1A时,室温下连续输出功率达0.3 W. 关键词： 半导体激光器 垂直腔面发射激光器 高功率 大孔径