新型大功率LD非注入区窗口结构研究

提出了一种基于腔面非注入区的新型窗口结构, 通过腐蚀高掺杂欧姆接触层, 在腔面附近引入电流非注入区, 限制载流子注入腔面, 减少载流子在腔面处的非辐射复合, 提高了激光器腔面的光学灾变性损伤(COD)阈值。同时, 引入脊型波导结构, 降低了光束的水平发散角。采用该结构制作的器件在功率达到22W时仍未出现COD现象, 而无腔面非注入区结构的器件输出功率达到18W时腔面发生COD。同时, 采用该结构制作的器件在工作电流为12A时其光束的水平发散角约为10°, 而常规电流非注入区结构的器件在相同的工作电流下其光束水平发散角约为15°。     

基于腔面非注入技术的大功率半导体激光器

采用腔面电流非注入技术,提高了808nm半导体激光器灾变性光学损伤(COD)阈值。通过腐蚀GaAs高掺杂层的方法,在半导体激光器腔面附近形成电流非注入区,以此来减少腔面处的载流子注入。载流子注入水平的降低,减少了腔面处非辐射复合的发生,因而提高了激光器的灾变性光学损伤阈值。应用电流非注入技术制作的器件的最大输出功率达到3.7W;而应用常规工艺制作的器件的最大输出功率为3.1W。同常规工艺相比,采用该技术使器件的最大输出功率提高了近20%。     

980nm脊型波导激光器腔面非注入区的研究

报导了质子注入技术在提高980nm半导体激光器可靠性上的应用。P-GaAs材料经过质子注入后获得高的电阻率。在距离腔面25μm的区域内进行质子注入，由此形成腔面附近的电流非注入区。腔面附近非注入区减少了腔面载流子的注入，因此减少了非辐射复合的发生，提高了激光器的灾变性光学损伤(COD)阈值。应用质子注入形成腔面非注入区的管芯的平均COD阈值功率达到268mW，而应用常规工艺的管芯的平均COD阈值功率为178mW。同常规工艺相比，应用质子注入形成腔面非注入区技术使管芯的COD阈值功率提高了50％。     

大功率半导体激光器腔面抗烧毁技术

首先介绍了连续激光器单管老化试验,试验通过测试不同老化时间激光器腔面的烧毁功率,对腔面烧毁发生的过程进行了分析。分析认为,大功率半导体激光器腔面烧毁失效的根本原因是腔面烧毁功率在老化过程中持续减小,最终低于激光器输出功率,造成激光器灾变性光学镜面破坏(COMD)。随后对腔面烧毁的微观物理机理进行了介绍,重点讨论了腔面缺陷相关的非辐射复合、量子阱带边吸收、自由载流子吸收造成的腔面温度升高以及腔面高温导致腔面缺陷密度增加并且向腔内攀移的微观过程。最后,介绍了电流非注入腔面、大光腔材料、长腔长设计、腔面离子铣钝化工艺等腔面抗烧毁技术研究情况,并对这些技术提高腔面抗烧毁功率以及改善腔面长期稳定性的效果进行了讨论。     

大功率半导体激光器的腔面钝化

大功率半导体激光器的腔面退化是影响其寿命和可靠性的重要因素,长期以来一直是人们关注和研究的重点。本文利用离子铣结合腔面钝化还原层的方法对大功率半导体激光器的腔面进行处理。结果显示,离子铣腔面钝化能够在一定程度上减少半导体激光器的功率退化,168h加速老化后退化幅度降低4.5%;同时该技术对老化过程中COD阈值降低有明显的抑制作用,可有效减少使用中的突然失效。结果表明,该技术能够改善半导体激光器的腔面特性,器件的可靠性和使用寿命可望得到提高。     

带有非吸收窗口的大功率915 nm半导体激光器

为了实现大功率输出,应用无杂质空位诱导量子阱混合(IFVD)方法制备带有非吸收窗口结构的915 nm半导体激光器单管.通过实验确定促进和抑制量子阱混合的Si02和SiaN4薄膜的厚度分别为300和500 nm,退火条件为800℃,90 s.最终制备出的带有非吸收窗口的激光器,与普通激光器的阈值电流和斜率效率几乎一样.但普通激光器在电流为10 A时发生灾变性光学损伤(COD)并失效,而带有非吸收窗口的激光器在电流达到13A时仍然可以正常工作,相比普通激光器其最大输出功率增加了15％.每种器件各20个在20℃,电流为9A时进行直流老化试验,普通激光器在老化时间达到100 h时全部失效,而带非吸收窗口器件在老化200 h时仅有两个失效,这表明非吸收窗口结构显著提高了器件的抗COD能力.     

基于无杂质空位混杂法制备带有无吸收窗口的940nm GaInP/GaAsP/GaInAs半导体激光器研究

为提高940nm半导体激光器抗灾变性光学损伤(COD)能力,采用无杂质空位量子阱混杂技术制备了带有无吸收窗口的940nm GaInP/GaAsP/GaInAs半导体激光器。借助光致发光光谱分析了退火温度和介质膜厚度对GaInP/GaAsP/GaInAs单量子阱混杂的影响;通过电化学电容-电压(EC-V)方法检测了经高温退火后激光器外延片的掺杂浓度分布的变化情况。实验发现,在875℃快速热退火条件下,带有磁控溅射法制备的200nm厚的SiO2盖层样品发生蓝移达29.8nm,而电子束蒸发法制备的200nm厚TiO2样品在相同退火条件下蓝移量仅为4.3nm。两种方法分别对蓝移起到很好的促进和抑制作用。将优化后的条件用于带有窗口结构的激光器器件制备,其抗COD能力提高了1.6倍。     

大功率半导体激光器抗腔面灾变性光学损伤技术综述

激光器腔面灾变性光学损伤对大功率半导体激光器的最大输出功率和可靠性有很大的负面影响,是激光器突然失效的主要机制。如何克服腔面灾变性光学损伤,从而获得高性能的大功率半导体激光器成为重要的研究课题。文章首先对腔面灾变性光学损伤的研究历程进行了简要介绍,随后论述了腔面灾变损伤的物理机制及热动力学过程,最后从技术原理、方法、优缺点、改进方法、研究进展及应用现状的角度,逐一对各种抑制腔面灾变损伤的方法进行了归纳和总结。     

大功率半导体激光器腔面氮钝化的研究

针对980 nm大功率半导体激光器腔面离子铣氮钝化处理工艺进行了研究,发现腔面离子铣氮钝化可以提高激光器的输出特性及COD功率,器件输出功率提高了32.14%;老化实验后,经过氮钝化的半导体激光器没有明显退化,而未经氮钝化处理的激光器退化严重;使用俄歇谱测试仪(AES)对钝化处理后的半导体激光器试验片进行测试,发现有部分的氮离子遗留在腔面处;氮元素含量由原有的0%上升到20%,与此同时,氧元素的含量由原来的61%降至30%。结果表明,该技术能够改善半导体激光器的腔面特性,器件的可靠性和使用寿命可望得到提高。     

氦离子注入形成980nm脊型波导激光器腔面非注入区的研究

报道了氦离子注入技术在提高 980nm半导体激光器灾变性光学损伤 (catastrophicopticaldamage,COD)阈值上的应用 .p GaAs材料经氦离子注入后可以获得高的电阻率 .在距离腔面 2 5 μm的区域内进行氦离子注入 ,由此形成腔面附近的电流非注入区 .腔面附近非注入区减少了腔面载流子的注入 ,因此减少了非辐射复合的发生 ,提高了激光器的灾变性光学损伤阈值 .应用氦离子注入形成腔面非注入区的管芯的平均最大功率达到 44 0 5mW ,没有发生COD现象 .而应用常规工艺制作的管芯的平均COD阈值功率为 40 7 5mW .同常规工艺相比 ,应用氦离子注入形成腔面非注入区技术     

大功率半导体激光器腔面处理方法

介绍了采用非注入电流腔面和透明窗口减小腔面电流的方法。减小腔面非辐射复合的方法包括采用高真空下解理、镀膜防止腔面氧化;采用真空等离子洗或化学气体腐蚀清除腔面氧杂质沾污。论述了合适的腔面膜系组合和膜系组分有利于减小腔面膜层应力,改善散热能力。指出将抑制腔面电流、防止腔面氧化等方法组合,再加上合理的结构设计和热管理等综合应用,以及将半导体材料-镀膜膜层交界面处于光驻波波谷,可有效提高器件的灾变光学镜面损伤(COMD)阈值。     

窗口型极小孔激光器的研制

报道了一种窗口型的用于高分辨率近场光学存储领域的极小孔激光器.这种窗口结构的引入解决了出射端面处由于金属膜的存在而导致的pn结短路问题,同时一定程度上抑制了激光器腔面处的COD效应.简化了极小孔激光器的工艺,降低了制备难度,提高了激光器的输出特性.通过FIB设备制备出了小孔大小为400nm,工作电流在31mA时的出光功率约0.3mW的极小孔激光器.     

980nm大功率半导体激光器的MOCVD外延生长条件优化

为了对980 nm大功率半导体激光器的波导层和有源层外延材料进行快速表征,设计了相应的双异质结(DH)结构和量子阱(QW)结构,并在不同条件下进行了MOCVD外延生长,通过室温荧光谱测试分析,得到Alo.1Ga0.9As波导层的最佳生长温度为675℃,InGaAs QW的最佳长温度为575℃.为了兼顾波导层需高温生长和QW层需低温生长的需求,提出在InGaAsQW附近引入Alo.1Gao.9As薄间隔层的变温停顿生长方法,通过优化间隔层的厚度,InGaAs QW在室温下的PL谱的峰值半高宽只有23 meV.基于优化的外延工艺参数,进行了980 nm大功率半导体激光器的外延生长,并制备了腔长4 mm、条宽95 μm的脊形器件.结果显示,在没有采取任何主动散热情况下,器件在30A注入电流下仍未出现腔面灾变损伤,输出功率达到23.6W.     

窗口型极小孔激光器的研制

报道了一种窗口型的用于高分辨率近场光学存储领域的极小孔激光器.这种窗口结构的引入解决了出射端面处由于金属膜的存在而导致的pn结短路问题,同时一定程度上抑制了激光器腔面处的COD效应.简化了极小孔激光器的工艺,降低了制备难度,提高了激光器的输出特性.通过FIB设备制备出了小孔大小为4 0 0 nm,工作电流在31m A时的出光功率约0 .3m W的极小孔激光器     

808 nm大功率半导体激光器的加速老化实验

对InGaAsP/GaAs有源区无铝的808 nm大功率半导体激光器进行了高温恒流加速老化实验,得到了器件在高温条件下的寿命,利用外推公式推算出激光器在室温条件下工作的寿命可超过30000 h.讨论了实验中出现的灾变退化现象,提出了防止灾变退化的几种方法.     

GaAs半导体表面的S-N混合等离子体钝化及在激光器工艺上的应用

利用射频(RF)等离子方法,对GaAs半导体表面进行 了S-N混合等离子体钝化实验,并对工作压强、RF 功率进行了优化。光致发光(PL)测试结果表明,经过S-N混合等离子体钝化的GaAs样品PL 强度提高135%。将本文 钝化方法应用到980nm波长InGaAs应变量子阱(QW)激光器的制备工艺 ,器件的COD阈值功率明显增加。     

大功率小垂直发散角980nm量子阱激光器

提出了一种新型非对称宽耦合波导结构,通过理论计算优化了结构中n型波导层和限制层厚度,并采用低压金属有机化学气相沉积方法生长了设计的器件结构.测试了器件的光电特性,1200μm腔长器件的阈值电流为590 mA,斜率效率为0.96 w/A,最大输出功率达2000mW;当注入电流为0.6 A时,其远场发散角为16.1°(θ⊥)×10.2°(θ//).实验结果表明:新型非对称宽耦合波导结构能实现器件大功率输出,有效减小器件远场垂直发散角,改善器件光束质量.     

表面钝化技术对光学灾变的影响的研究

介绍了对半导体激光器的腔面进行钝化处理的方法,分别采用几种不同的试剂对腔面进行处理,得出不同的结果。实验表明,用P2S5/NH4OH和(NH4)2Sx共同处理的样品在较高功率时开始发生光学灾变。