激光器件 半导体激光器

TN248.42006010122InGaAsP单量子阱激光器热特性研究=Thermal charac-teristics of InGaAsP SQWlasers[刊,中]/张永明(长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室.吉林,长春(130022)),钟景昌…∥半导体光电.—2005,26(4).—291-293从InGaAsP单量子阱激光器热效应分析入手,采用自行设计的热封闭系统对808nmInGaAsP单量子阱激光器温度特性进行了研究。实验表明,在23~70℃的温度范围内,器件的功率由1.12W降到0.37W,斜率效率由1.06W/A降到0.47W/A。实验测得其特征温度T0为321K。激流波长随温度的漂移为0.45nm/℃,其芯片的热阻为2.…     

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%.     

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。     

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.     

1.06 μm InGaAs/InGaAsP量子阱半导体激光器的温度特性

研究了1.06 μm InGaAs/InGaAsP量子阱半导体激光器厘米bar模块的温度特性,测试分析了该模块的输出光功率、阈值电流、转换效率和光谱随注入电流及管芯温度变化的特性。结果表明,器件在15~55 ℃范围内所测的输出光功率由40.7 W降低到29.4 W,阈值电流由9.29 A升高到17.24 A,转换效率由54.22%降低到37.55%,光谱漂移为0.37 nm/℃,特征温度为68.6 K。实验结果表明,为保持器件性能的稳定,在实际应用过程中应该使器件的温度控制在15~25 ℃范围内。     

InGaAs/GaAs应变量子阱结构在1054nm激光器中的应用

采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法生长了InGaAs/GaAs应变量子阱,通过优化生长条件和采用应变缓冲层结构获得量子阱,将该量子阱结构应用于1 054 nm激光器的制备。经测试该器件具有9 mA低阈值电流和0.4 W/A较高的单面斜率效率,在驱动电流为50 mA时测得该应变量子阱光谱半宽为1.6nm,发射波长为1 054 nm。实验表明:通过优化工艺条件和采用应变缓冲层等手段,改善了应变量子阱质量,该结果应用于1 054 nm激光器的制备,取得了较好的结果。     

808nm无铝大功率量子阱激光器

报导了用低压(LP)-MOCVD方法研制出808nm无铝InGaAsP/InGaP/GaAs单量子阱分别限制异质结构大功率激光器(SCHSQW),器件外微分量子效率为65%,阈值电流密度400A/cm2,特征温度120℃,对于100μm条宽、1000μm腔长宽接触激光器,室温连续输出光功率达1瓦以上,并讨论了无铝大功率激光器的阈值、光谱等特性.     

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。     

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.     

46.2W连续输出808nm高功率无铝半导体激光线阵模块

利用InGaAs/InGaAsP应变量子阱外延材料制作出高功率半导体激光器线阵模块,前腔面镀制了单层Al₂O₃,后腔面镀制了Al₂O₃/5(HfO₂/SiO₂)/HfO₂,采用无氧铜热沉和高效率的液体冷却器散热。在室温下,驱动电流50A时输出功率高达46.2W,最高电光转换效率41.3%,斜率效率1.15W/A。器件中心激射波长810nm,波长温度系数为0.28nm/℃,光谱半峰全宽(FWHM)₃nm,寿命突破11732h。     

反射式倒装对1 300 nm激光器性能改善的分析

对AlGaInAs多量子阱1 300 nm FP激光器进行反射式倒装封装,在热沉上靠近激光器出光端面约10~20 μm的区域采用Au反射层,对器件垂直方向出光进行反射。测试结果显示,与常规封装相比,采用这种结构封装芯片垂直发散角从34.5°降低至17°,器件单模光纤的平均耦合功率从1 850 μW提高至2 326 μW,耦合效率从21.1%提高到26.5%。对两种激光器进行光电参数的测量,结果表明：与常规封装器件相比,采用反射式倒装结构器件的饱和电流从135 mA提高至155 mA,饱和输出功率从37 mW提高至42 mW,热阻从194 K/W降低至131 K/W。最后对两种器件在95℃环境温度、100 mA电流下进行加速老化实验,老化结果显示：在老化条件下,器件衰退系数从常规封装的4.22×10^-5降低至1.06×10^-5,寿命从5 283 h提高至21 027 h。     

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.     

894nm高温垂直腔面发射激光器及其芯片级铯原子钟系统的应用

报道了自行研制的894 nm高温垂直腔面发射激光器(VCSEL)以及基于此类器件的芯片级铯原子钟系统的应用实验结果.根据芯片级铯原子钟对VCSEL在特定高温环境下产生894.6 nm线偏振激光的要求,对器件的量子阱增益及腔模位置等材料结构参数进行了优化,确定增益-腔模失谐量为-15 nm,使器件的基本性能在高温环境下保持稳定.研制的VCSEL器件指标为:20—90?C温度范围内阈值电流保持在0.20—0.23 m A,0.5 m A工作电流下输出功率0.1 mW;85.6?C温度环境下激光波长894.6 nm,偏振选择比59.8:1;采用所研制的VCSEL与铯原子作用,获得了芯片级铯原子钟实施激光频率稳频的吸收谱线和实施微波频率稳频的相干布居囚禁谱线.     

940nm垂直腔面发射激光器的设计及制备

利用PICS3D计算得到InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱的增益特性,得到量子阱的各项参数,再通过传输矩阵理论和TFCalc膜系设计软件分别仿真出上下分布式布拉格反射镜的白光反射谱.采用金属有机化合物气相沉积技术外延生长了垂直腔面发射激光器结构,之后通过干法刻蚀、湿法氧化以及金属电极等芯片技术制备得到8μm氧化孔径的VCSEL芯片.最终,测试得到其光电特性实现室温下阈值电流和斜效率分别为0.95 mA和0.96 W/A,在6 mA电流和2 V电压下输出功率达到4.75 mW,并测试了VCSEL的高温特性.     

低阈值852nm半导体激光器的温度特性

通过金属有机化学气相淀积(MOCVD)和半导体后工艺技术制备了852 nm半导体激光器,它在室温下的阈值电流为57.5 m A,输出的光谱线宽小于1 nm。测试分析了激光器的输出光功率、阈值电流、电压、输出中心波长随温度的变化。测试结果表明,当温度变化范围为293~328 K时,阈值电流的变化速率为0.447m A/K,特征温度T0为142.25 K,输出的光功率变化率为0.63 m W/K。通过计算求得理想因子n为2.11,激光器热阻为77.7 K/W,中心波长漂移速率是0.249 29 nm/K,实验得出的中心波长漂移速率与理论计算结果相符。实验结果表明,该半导体器件在293~303 K的温度范围内,各特性参数能够保持相对良好的状态。器件如果工作在高温环境,需要添加控温设备以保证器件在良好状态下运行。     

衬底温度对TiOPc光敏有机场效应管的影响

制备了基于酞菁氧钛(TiOPc)的有机光敏场效应管,对氧化铟锡(ITO)衬底器件进行温度优化。实验结果表明,随着衬底温度(T_(sub))的增加,器件载流子迁移率(μ)、光暗电流比(P)和光响应度(R)先增加后减小,在T_(sub)=140℃时达到最大。T_(sub)=140℃的ITO衬底器件,在波长808 nm、光功率密度190 m W·cm~(-2)的近红外光照下,最大载流子迁移率达到1.35×10~(-2)cm~2·V~(-1)·s~(-1),最大光暗电流比为250,栅压为-50 V时的最大光响应度为1.51 m A/W。     

A low-threshold and high-power oxide-confined 850-nm AlInGaAs strained quantum-well vertical-cavity surface-emitting laser

A low-threshold and high-power oxide-confined 850-nm AlInGaAs strained quantum-well (QW) vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) based on an intra-cavity contacted structure is fabricated. A threshold current of 1.5 mA for a 22 μm oxide aperture device is achieved, which corresponds to a threshold current density of 0.395 kA/cm². The peak output optical power reaches 17.5 mW at an injection current of 30 mA at room temperature under pulsed operation. While under continuous-wave (CW) operation, the maximum power attains 10.5 mW. Such a device demonstrates a high characteristic temperature of 327 K within a temperature range from -12℃ to 96℃ and good reliability under a lifetime test. There is almost no decrease of the optical power when the device operates at a current of 5 mA at room temperature under the CW injection current.     

Oxide-apertured VCSEL with short period superlattice

Novel distributed Bragg reflectors (DBRs) with 4.5 pairs of GaAs/AlAs short period superlattice (SPS)used in oxide-apertured vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) were designed. The structure of a 22-period Al0.9Ga0.1As (69.5 nm)/4.5-pair [GaAs (10 nm)-AlAs (1.9 nm)] DBR was grown on an n+ GaAs substrate (100) 2° off toward (111)A by molecular beam epitaxy. The emitting wavelength was 850 nm with low threshold current of about 2 mA, corresponding to the threshold current density of 2 kA/cm2. The maximum output power was more than 1 mW. The VCSEL device temperature was increased by heating ambient temperature from 20 to 100 ℃ and the threshold current increased slowly with the increase of temperature.     

垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的实验研究

在湿法氧化过程中采用一种自制的新型红外光源显微镜和CCD相机俯视成像系统监测被氧化晶圆片上氧化标记点颜色的变化,通过CCD相机得到的氧化标记点尺寸大小与实际氧化标记点尺寸大小的比例计算,由氧化标记点变化颜色的尺寸大小获得实际晶圆被氧化尺寸大小,反馈调节氧化工艺,保证控制垂直腔面发射激光器（VCSELs）的氧化孔径精度在±1 μm。根据氧化实验总结高Al组分含量对氧化孔形状影响、氧化速率随温度变化及氧化深度随时间变化规律,得到在炉温420℃、水浴温度90℃、氧化载气N₂流量200 mL/min的工艺条件下,氧化速率为0.31 μm/min,实现量产高速调制4×25 Gbit/s的850 nm VCSELs。室温条件下,各子单元器件工作电压为2.2 V,阈值电流为0.8 mA,斜效率为0.8 W/A。在6 mA工作电流下,光功率为4.6 mW。     

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。