设计并制作了非对称大光腔波导结构,利用分布布拉格反射技术,实现了980 nm 波段高功率半导体激光器的稳定输出。在实验过程中,采用电子束光刻技术,结合感应耦合等离子刻蚀工艺,利用SiO₂作为硬掩模,并通过减小Ar离子的束流来减弱刻蚀过程中由于物理轰击作用对SiO₂硬掩模的消耗,制作出形貌良好、周期为890 nm、占空比为50%的分布布拉格反射器光栅;采用脊型波导激光器的制作工艺,成功制作出分布布拉格反射激光器,当器件注入电流15 A时,该激光器的输出功率高达10.7 W,斜率效率为0.73 W/A,器件阈值电流为0.95 A,中心波长为979.3 nm。该研究为GaAs基DBR半导体激光器的制作与研究提供了新思路。

为实现894.6 nm低阈值、高稳定性、单模激光输出,设计了具有不同台面刻蚀结构的垂直腔面发射激光器(VCSEL)器件,研究了台面直径和氧化孔结构对器件激射性能的影响。研究结果表明: VCSEL台面直径越大,阈值电流越大;氧化孔径越偏向圆形,边模抑制比越高。制备了氧化孔为圆形、直径为4.4 μm的VCSEL器件,该器件在70~90 ℃工作温度及0.6 mA驱动电流下实现了894.6 nm单模激光输出,边模抑制比高于35 dB。

为了解决半导体激光器传统刻蚀工艺中侧壁陡直度差和器件难以重复制作的问题, 利用湿法腐蚀与干法刻蚀相结合的刻蚀手段, 对980 nm锥形半导体激光器刻蚀工艺进行优化.通过对台面粗糙度与刻蚀速度的研究, 确定湿法腐蚀液和浓度配比的差异.并分析电感耦合等离子刻蚀对脊波导与腔破坏凹槽表面形貌的影响.研究结果表明, 选择配比为NH3·H2O∶H2O2∶H2O=1∶1∶50的腐蚀液进行湿法腐蚀, 刻蚀速率约为7 nm/s, 速率容易控制.且样品表面具有较好的粗糙度和均匀性, 利用电感耦合等离子刻蚀得到的脊波导与腔破坏凹槽侧壁陡直度良好, 没有出现横向钻蚀的情况.