795nm单模垂直腔面发射激光器

针对铷原予能级跃迁对光谱的特殊需求,设计并制备了795 nm单模垂直腔面发射激光器(VCSEL).根据对VCSEL的光场和模式的分析和计算结果,设计了单模VCSEL芯片结构.采用MOCVD技术生长了外延结构,制备了不同有源区直径的氧化限制型VCSEL芯片并进行了测试.当有源区直径从6 μm减小到3μm时,VCSEL芯片的边模抑制比(SMSR)由8.76 dB增加到34.05 dB,阈值电流由0.77 mA减小到0.35 mA.有源区直径为6,5,4和3μm的VCSEL芯片的输出功率分别为0.37,0.46,0.58和0.44 mW,有源区直径为4μm的VCSEL芯片的远场为圆形光束,发散角为15°.85℃时3.5 μm有源区直径的VCSEL芯片输出功率为0.125 mW,激射波长为795.3 nm.室温3 dB带宽大于8 GHz,满足了铷原子传感器对VCSEL单模光谱、输出功率及调制速率的要求.     

高斜率效率隧道结叠层激光器的研制

隧道结叠层激光器技术具有广泛的应用空间,如高斜率效率、高功率密度、多波长激光器等。采用LP-MOCVD系统生长隧道结材料,CCl4作为p型掺杂源,SiH4作为n型掺杂源,并采用δ掺杂技术,使得n+-GaAs的掺杂浓度大于1×1019/cm3,隧道结的面电阻率小于2×10-4Ω.cm2。设计生长了双叠层、三叠层材料,该材料制作的900nm双叠层激光器在200ns脉宽、20A工作电流下输出功率35W,斜率效率1.8W/A,是单层材料的1.8倍,隧穿结引入的压降约为0.15V;860nm三叠层激光器的斜率效率大于2.7W/A,是单层材料的2.7倍。     

InP基光电探测器材料的MOCVD锌扩散

锌(Zn)扩散是制作InP基光电探测器(PD)的重要工艺过程.分析了锌扩散的机制,利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备对InP基PD及雪崩光电探测器(APD)材料进行了锌扩散,由于MOCVD设备具有精确的温度控制系统,所以该扩散工艺具有简单、均匀性好、重复性好的优点.对于扩散后的样品,采用电化学C-V方法和扫描电子显微镜(SEM)等测试分析手段,研究了退火、扩散温度、扩散源体积流量和反应室压力等主要工艺参数对InP材料扩散速率和载流子浓度的影响,并将该锌扩散工艺应用于InP基光电探测器和雪崩光电探测器的器件制作中,得到了优异的器件性能结果.     

808nm高效率激光二极管

目前808nm高效率激光二极管产品的转换效率只有50%左右,还有很大的提升空间。通过提高欧姆接触层浓度、界面渐变和波导层掺杂等方面的外延材料结构优化,减小附加电压和电阻值,设计制作了808nm大光腔应变量子阱外延材料;并制作了200μm发光区标准单管,提取了材料内部参数,材料内损耗iα为0.67cm-1,内量子效率iη为0.88;将圆片解理成2mm腔长的巴条进行腔面镀膜,并烧结成标准单管,25℃下单管电光效率达到61.1%;将巴条烧结到微通道载体上,制作成标准微通道水冷单条阵列,水温15℃110A下输出光功率126.6W,电光转换效率62.77%。     

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。     

1.06μm大功率连续半导体激光器

利用金属有机化学气相淀积(MOCVD)技术,生长了InGaAs/AlGaAs分别限制压应变双量子阱和单量子阱两种材料结构,通过对不同腔长单管激光器的LIV测试获得内部参数,对单、双阱两种材料结构器件参数进行对比分析,确定了单量子阱结构作为1.06μm大功率半导体激光器的材料结构。通过研究单管激光器的电光转换效率与腔长、注入电流的关系,获得了最高达到57.5%的电光转换效率。对1mm腔长单管激光器进行了大电流高温加速老化测试,结果显示研制出的单管激光器室温下在1.5A工作电流下寿命远大于104h。     

670nm发光二极管材料的MOCVD外延生长

重点介绍了670nm LED材料的结构与制备方法,用MOCVD方法生长了较高压应变的670nm多量子阱。分析比较了670nm量子阱室温光荧光谱线宽度的影响因素,指出室温光荧光主要来源于带-带复合,荧光谱线宽度的减小是应变量子阱轻重空穴能级分离的结果,并不意味着量子阱界面质量的改进。同时介绍了二乙基锌(DEZn)的掺杂技术和掺杂浓度,通过优化掺杂条件和退火条件,p型AlInP材料获得了0.9×1018/cm3的空穴密度。外延材料制作成200μm×200μm尺寸的LED管芯,在20mA工作电流下亮度为22～24mcd。器件结果表明,用5个压应变量子阱的有源区并且采用DEZn掺杂可以制作出高亮度的670nm LED外延材料。     

976 nm高效率半导体激光器

976 nm高效率半导体激光器是这几年研究的热点,在固体激光器泵浦领域有广阔的应用。通过优化半导体激光器材料外延结构中包覆层和波导层的铝组分,降低了工作电压;通过采用微通道水冷系统,并进行优化降低了热阻,从而提高了室温下的电光转换效率。25℃室温连续测试条件下,1 cm的线阵列(巴条),2 mm腔长,50%填充因子,在110 A下,出光功率为114.2 W,电压为1.46 V,电光转换效率为71%。15条微通道封装成的垂直叠阵,进行光束整形后,获得了室温976 nm连续输出功率1 500 W,电光转换效率大于70%。     

大功率900 nm超大光腔三叠层隧道级联激光器

研制了一款大功率900 nm超大光腔三叠层隧道级联激光器。针对高功率900 nm隧道级联激光器存在的光学灾变损伤(COD)和工作电压高等问题,通过Lastip软件和波导模拟软件,设计并优化了900 nm超大光腔三叠层隧道级联激光器的材料结构。对比扩展波导激光器结构的性能,超大光腔结构提高了三叠层隧道级联激光器输出光功率,降低了工作电压。采用金属有机化学气相淀积(MOCVD)方法生长了900 nm三叠层隧道级联激光器材料,并制作成条宽200μm、腔长800μm的激光器芯片,采用金属管壳封装制成激光器单管。测试结果表明,室温下,在频率10 kHz、脉宽100 ns、工作电流30 A时,器件输出功率约85 W,室温条件下器件老化595 h,输出功率基本不降低。     

室温光荧光谱分析中的几个典型问题

根据光荧光谱的测试原理,针对具体的化合物半导体材料的层次结构,归纳、总结出两个实用的分析模型:光荧光谱的厚度干涉模型和透明衬底发光模型。应用厚度干涉模型,对GaN外延材料、带DBR结构的MQW材料的光荧光谱曲线进行了分析,并解释了AlGaInP LED结构PL扫描图的强度分布。应用透明衬底发光模型,分析并解释了InGaAs材料的发光强度图案。实验结果表明,这两个分析模型能很好地解释薄膜外延层的PL光谱曲线,能够分析光荧光谱的曲线形状和强度分布与材料结构及表面状态的关系,对判断材料品质有较大帮助,具有一定的实用价值。