1 中国科学院半导体研究所 超晶格与微结构国家重点实验室, 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
利用高阶Bragg光栅成功制备出GaSb基DBR激光器, 避免了复杂的制备工艺.利用标准接触曝光制备出16阶和24阶Bragg光栅以及双沟脊条波导结构.16阶Bragg光栅器件在室温下实现了SMSR高达17.5 dB 的单模激光输出.CW状态下室温最大单模输出功率超过10 mW.随着注入电流变化, 器件表现出出色的波长稳定性.在整个注入电流范围内, 器件都保持单横模工作状态.24阶Bragg光栅器件室温SMSR为22.5 dB.器件的激射波长都在2.0 μm左右.
激光二极管 量子阱 红外 laser diodes quantum well infrared
1 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 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
GaSb基光泵浦半导体碟片激光器(OP-SDLs)可以获得高光束质量和高功率的红外激光输出, 是近年来新型中红外激光器件研究领域的热点。文中介绍了GaSb基光泵浦半导体碟片激光器增益芯片的外延结构和工作原理, 综述了2 μm波段GaSb基泵浦半导体碟片激光器的研究进展, 讨论了该类激光器的波长扩展、功率提升、实现窄线宽短脉冲发射和有效热管理关键问题, 评述了性能发展的主要技术方向和应用前景。
GaSb基光泵浦半导体碟片激光器 热管理 高光束质量 GaSb based optically pumped semiconductor disk las 2 μm 2 μm thermal management excellent beam quality 红外与激光工程
2018, 47(10): 1003004
1 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 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
3~4 μm波段中红外激光器在工业气体检测、医学医疗和自由空间光通信等诸多领域具有十分重要的应用。目前锑化物半导体带间级联激光器是实现中红外3~4 μm波段的理想方案。带间级联激光器(Interband Cascade Laser,ICL)可以看做是通过电子和空穴复合产生光子的传统二极管激光器以及通过引入多个级联区来提高电子注入效率的子带间量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)的融合。文中概要介绍了带间级联激光器的基本工作原理, 阐述了国际上主要研究单位包括俄克拉荷马大学、美国海军实验室、德国伍兹堡大学等带间级联激光器的发展历史, 介绍了国内单位包括中国科学院半导体所研制成功带间级联激光器的性能, 分析了该类激光器设计制备技术难点和及性能进一步提升优化的技术方案。
带间级联激光器 二类W型量子阱 中红外 GaSb基 interband cascade laser type-ⅡW quantum well mid-infrared GaSb-based 红外与激光工程
2018, 47(10): 1003003
1 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 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
2 μm波段GaSb基大功率激光器在诸多领域具有广阔的应用前景,如气体探测、医疗美容、激光加工等。基于功率提升, 综述和讨论了2 μm波段GaSb基激光器结构的发展过程, 介绍了目前国内外的研究状况, 讨论和分析了GaSb基激光器提升功率、效率的主要技术问题。并详细介绍了该领域近年来在传统激光器中引入的两种新结构, 分析了其技术优势。指出目前2 μm波段GaSb基大功率激光器面临瓶颈, 并讨论了其发展趋势。
大功率半导体激光 GaSb基 high power semiconductor laser 2 μm 2 μm GaSb-based 红外与激光工程
2018, 47(5): 0503003
1 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 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
锑化物材料因为其天然的禁带宽度较小的优势, 是2~4 μm波段半导体光电材料和器件研究的理想体系。近年来, 国内外在锑化物大功率半导体激光器方面的研究取得了很大的进展, 实现了大功率单管、阵列激光器的室温工作。然而, 由于锑化物材料与常见的半导体单模激光器制备工艺的不兼容性, 只有少数几个研究单位和公司掌握了锑化物单模激光器的制备技术。文中介绍了锑化物单模激光器常用的侧向耦合分布反馈激光器的基本原理, 分析了其设计的关键技术, 回顾了锑化物单模激光器的设计方案和制备技术, 并针对国内外锑化物单模激光器主要研究内容进行了总结。
侧向耦合分布反馈激光器 量子阱 二阶布拉格光栅 laterally-coupled distributed feedback laser LC-DFB LC-DFB quantum well GaSb GaSb second-order Bragg grating 红外与激光工程
2018, 47(5): 0503002
1 中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室, 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
3 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049,
基于InGaSb/AlGaAsSb材料体系, 制备出了一款高性能的镀膜激光器。为了性能对比, 同时制备了未镀膜激光器。未镀膜的器件在注入电流为3.0 A时, 室温连续模式下的输出功率达到300 mW, 最大插头效率为 8.3%。镀膜器件在注入电流为2.6 A时, 室温连续模式下的输出功率达到380 mW, 最大插头效率为15.6%; 另外, 在0.3~2.4 A的注入电流范围内, 镀膜器件的插头效率均大于10.0%, 激射波长均在2.0 μm附近。
激光器 红外 量子阱 锑化镓
1 北京航空航天大学 物理科学与核能工程学院,北京 1000191
2 中国科学院半导体研究所 超晶格实验室,北京 100083
3 中国科学技术大学 量子信息与量子科技前沿协同创新中心,安徽 合肥 230026
成功制备出室温激射波长为2 μm的GaSb基侧向耦合分布反馈量子阱激光器.采用全息曝光及电感耦合等离子体刻蚀技术制备二阶布拉格光栅.优化了光栅制备的刻蚀条件,并获得室温2 μm单纵模激射.激光器输出光功率超过5 mW,最大边模抑制比达到24 dB.
镓锑基 侧向耦合分布反馈 全息光刻 二阶布拉格光栅 GaSb-based laterally coupled distributed feedback laterally coupled distributed feedback (LC-DFB) LC-DFB holographic lithography second order Bragg grating
1 北京航空航天大学物理与核能工程学院, 北京 1000191
2 中科院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 北京100083
3 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 101408
完成1 880 nm高阶锑化镓侧向耦合分布反馈半导体激光器的制备。采用侧向耦合(Lateral coupled)结构使得外延材料可以一次生长完成, 避免了外延层中Al组分容易氧化的特性导致的二次外延生长困难的问题, 采用接触式紫外光刻技术制备了高阶光栅, 大大降低了激光器的制备成本, 实现了室温1 880 nm单模连续波长激射, 最大输出功率14.5 mW, 波长随温度漂移速率0.000 5 nm/mA。
侧向耦合分布反馈激光器 镓锑基激光器 高阶光栅 laterally coupled distributed feedback laser LC-DFB LC-DFB GaSb-based lasers high-order Bragg gratings
1 中国科学院半导体研究所 超晶格实验室, 北京 100083
2 中国科学技术大学 量子信息与量子科技前沿协同创新中心, 安徽 合肥 230026
成功制备出2.6μm GaSb基I型InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱高功率半导体激光器.利用分子束外延设备(MBE)生长出器件的材料结构.为了得到更好的光学质量, 将量子阱的生长温度优化至500℃, 并将量子阱的压应变调节为1.3%.制备了脊宽100 μm 、腔长1.5 mm的激光单管器件.在未镀膜下该激光器实现了最大328 mW室温连续工作, 阈值电流密度为402 A/cm2, 在脉冲工作模式下, 功率达到700 mW.
镓锑基 半导体激光器 量子阱 中红外 GaSb-based laser diodes quantum-wells mid-infrared
1 中国科学院半导体研究所 超晶格与微结构国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学技术大学 量子信息与量子物理协同创新中心, 安徽 合肥 230026
通过MBE外延系统生长了2 μm GaSb基AlGaAsSb/InGaSb I型量子阱激光器, 并制备了宽面条形波导激光器件, 在20℃工作温度下, 器件最大连续激射功率达到1.058 W, 当注入电流为0.5 A时, 峰值波长为1977μm, 最大能量转换效率为20.2%, 在脉冲频率为1 000 Hz, 占空比为5%的脉冲工作模式下, 最大激射功率为2.278 W.
大功率 激光二极管 中红外 量子阱 high power laser diodes infrared quantum wells
