1 中国科学院半导体研究所 光电子器件国家工程中心, 北京 100083
2 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院, 北京 100049
3 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
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，量子阱混杂技术是最常用的解决腔面灾变性光学损伤的方法。为了制备高功率、高可靠性半导体激光器单管器件，对Si杂质诱导量子阱混杂工艺进行了探索。本文使用Si介质层作为扩散源，采用管式炉高温退火的方法进行Si杂质扩散诱导量子阱混杂研究。实验并分析了介质膜厚度、退火条件、量子垒材料、牺牲层材料等因素对InGaAs/GaAs(P)量子阱蓝移量的影响。实验发现，量子阱和量子垒的混杂效果随着扩散时间以及退火温度增加而增大，且对温度尤其敏感。当退火条件为780 ℃、10 h时，InGaAs/GaAsP结构的波长蓝移量达到70.5 nm，量子垒为GaAsP时比GaAs有更好的促进蓝移效果。相同外延结构下，InGaP牺牲层结构相比AlGaAs牺牲层有更大的波长蓝移。
量子阱混杂 半导体激光器 腔面光学灾变损伤 quantum well intermixing semiconductor laser diodes COMD
1 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对半导体激光器腔面光学灾变损伤的发生机制, 设计了一种单管芯半导体激光器腔面真空解理钝化工艺方法。在真空中解理并且直接对半导体激光器腔面蒸镀钝化膜, 提出用ZnSe材料作为单管芯半导体激光器真空解理工艺的钝化膜材料, 发现利用真空解理钝化工艺方法和ZnSe材料作为钝化膜可以使器件输出功率提高23%。通过电致发光(EL)对半导体激光器腔面损伤机理进行分析。进一步说明对915 nm半导体激光器制备工艺中引入真空解理钝化工艺技术并且选择ZnSe作为钝化膜可以有效保护半导体激光器腔面, 提高器件可靠性。
半导体激光器 腔面钝化 真空解理钝化 失效分析 semiconductor laser facet passivation cleaving in high vacuum failure analysis 红外与激光工程
2019, 48(1): 0105002
中国科学院半导体研究所 光电子器件国家工程中心, 北京 100083
为了提高半导体激光器件的可靠性, 研究了AlN过渡热沉上AuSn焊料不同配比对半导体激光器器件性能的影响。利用MOCVD 生长975 nm芯片, 通过对半导体激光器器件表面形貌、空洞、光谱特性、热阻特性以及寿命测试, Au组分比重低于72%的AlN过渡热沉封装器件表面颜色明显不同于组分相对较高的, 空洞较多, 平均波长红移约5 nm, 在寿命试验中过早失效, 最终得出AuSn焊料中Au组分比重最好大于72%, 小于80%, 才能保证封装器件焊接质量, 为实际生产和使用提供了指导意义。
AuSn焊料 半导体激光器 AlN过渡热沉 热阻 AuSn solder semiconductor laser AlN transition heat sink thermal resistance
1 中国科学院半导体研究所 光电子器件国家工程研究中心, 北京100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京100049
利用电致发光(EL)的方法, 研究了突然失效的975 nm大功率应变量子阱激光器。起初, 我们以为激光器失效是由于腔面发生了突然光学灾变(COMD)。然而, 通过EL实验, 发现其中一部分激光器腔面没有任何损伤, 而内部发生了突然光学灾变(COBD), 为工艺的进一步改善指明了方向。对90只发生COD的激光器进行EL成像, 发现暗线缺陷(DLD)起始于腔面或是激光器内部。DLD是严重的非辐射复合区, 通常沿着有源区延伸出几个分支, 造成激光器功率急剧下降。详细分析了不同COD模式的特征并进行了对比。并进一步分析了两种典型COD模式发生的原因, 然后给出了抑制COD和提高大功率半导体激光器性能的建议。
大功率半导体激光器 失效模式分析 电致发光 突然光学灾变 暗线缺陷 high-power diode lasers failure mode analysis electroluminescence catastrophic optical damage dark line defect
1 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心, 北京 100083
2 中国科学院大学, 北京 100049
为研究基于碳化硅(SiC)陶瓷封装的高功率半导体激光器的散热性能, 将其与常用的氮化铝(AlN)陶瓷进行对比, 使用基于结构函数法的热阻仪分别测量SiC和AlN封装F-mount器件的热阻值, 得到SiC器件的总热阻约为3.0 ℃·W-1, AlN的约为3.4 ℃·W-1, SiC器件的实测热阻值比AlN器件低14.7%, 实验结果表明SiC过渡热沉具有较好的散热性能。实验进一步测试了两种过渡热沉封装器件的输出性能, 在16 A连续电流注入时, 915 nm波段的SiC器件单管输出功率为15.9 W, AlN为15 W, 测试结果显示SiC封装的器件具有更高的功率输出水平。
激光器 半导体激光器 碳化硅 热阻 结构函数法 氮化铝
中国科学院半导体研究所 光电子器件国家工程研究中心, 北京 100083
为实现半导体激光器单管的高功率输出,研究了使用氮化铝和碳化硅两种陶瓷材料制成的三明治型过渡热沉的散热性能。首先使用有限元分析方法计算,然后利用光谱法测量激光器的工作热阻。数值计算和实验测量结果均显示,碳化硅制成的过渡热沉所封装器件的工作热阻更低,散热效果更好。此外,实验进一步测试了器件的光电特性,结果表明碳化硅陶瓷制成的过渡热沉封装器件的电光转换效率更高、输出功率更大。915 nm附近单管器件在注入电流15 A时的输出功率为16.3 W,最高电光转换效率达到了68.3%。
高功率半导体激光器 有限元分析 热阻 high-power laser diode finite element analysis thermal resistance
