1 山东大学，新一代半导体材料研究院，晶体材料国家重点实验室，济南 250100
2 山东华光光电子股份有限公司，济南 250101
3 济南大学物理科学与技术学院，济南 250022
针对高功率808 nm激光器泵浦源的应用需求，设计并制备了InGaAsP/GaInP材料体系的无铝有源区半导体激光器。使用双非对称的限制层及波导层结构，降低了P侧材料的热阻及光吸收。优化了金属有机化学气相沉积(MOCVD)中As和P混合材料的生长条件，制备出界面陡峭的四元InGaAsP单晶外延薄膜。制作的激光器室温测试阈值电流为1.5 A，斜率效率为1.26 W/A，10 A下的功率达到10.5 W，功率转换效率为58%。连续电流测试最大功率为23 W@24.5 A，准连续电流测试最大功率为54 W@50 A，没有产生灾变性光学损伤(COD)。在15 A电流加速老化下，激光器工作4 200 h未出现功率衰减及COD现象，说明制备的无铝有源区808 nm激光器具有高可靠性的输出性能。
无铝材料 高可靠性 非对称 泵浦源 半导体激光器 Al-free material high reliabile InGaAsP InGaAsP 808 nm 808 nm asymmetric pump source semiconductor laser diode
1 中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院，合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,纳米器件与应用重点实验室，苏州 215123
氮化镓(GaN)基蓝光和绿光激光器在投影显示、激光加工、激光照明、存储等领域具有重要的应用前景与广泛的市场需求。本文着重介绍了GaN基蓝光和绿光边发射激光器的技术难点和相应的解决方案。在GaN基蓝光与绿光激光器中,就制备高质量InGaN/GaN多量子阱、减少内部光学损耗、增加空穴注入效率等方面分别介绍了一些结构与工艺方面的优化方法。简要介绍了垂直腔面发射激光器(VCSEL)、分布式反馈激光器(DFB)的研究现状。
半导体激光器 氮化镓 热退化 In偏析 内部光学损耗 载流子注入效率 semiconductor laser diode GaN thermal degradation In segregation internal optical loss carrier injection
1 中国科学院福建物质结构研究所, 福建 福州 350000
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了在单片上实现半导体激光二极管与探测器的集成, 开展了外延材料生长及结构工艺的设计研究。通过刻蚀工艺引入隔离区的方法制备了集成背光探测器的1.3 μm InGaAsP/InP半导体激光二极管芯片。管芯的光电性能测试显示, 激光二极管具有较低的阈值电流17.62 mA, 较高的斜率效率0.13 mW/mA, 输出功率可达11 mW; 在-0.7 V的反向偏压下, 探测器区域对光信号具有良好的线性响应, MPD的光电流超过0.3 mA, 在-1.7 V的反向偏压下, 暗电流可低至25 nA。
半导体激光二极管 背光探测器 隔离区 低暗电流 semiconductor laser diode monitoring photo diode isolation region low dark current 红外与激光工程
2018, 47(12): 1220003
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, 北京 100049
为了突破多单发射区半导体激光器光纤耦合模块设计过程中空间合束法遇到的合束功率及光功率密度无法上升的瓶颈, 得到多单发射区半导体激光器光纤耦合模块更优参数的光束输出, 同时完成单一激光器光纤耦合模块泵浦多种激光器的目标, 结合ZEMAX光学设计软件及Solidworks工程设计软件设计并制作了一种由6支、可输出2种波长分别为915 nm及974 nm的单发射区半导体激光器组成的光纤耦合模块。该模块的实现过程包括微透镜光束快慢轴整形、空间合束、波长合束、光路转向及聚焦, 最终耦合进数值孔径为0.22、光纤芯径为105 μm的普通光纤, 测试结果表明该模块光纤输出光功率达到了46 W, 2种波长均在光纤输出光束中检测到, 且光纤耦合效率高于83%。使用ANSYS软件对模块进行散热分析, 结果显示, 模块正常使用后最高温升至37 ℃, 在正常使用温度范围内, 表明模块的散热性能良好, 具备实际应用的可行性。
半导体激光器 光纤耦合 波长合束 semiconductor laser diode fiber coupling wavelength multiplexing ZEMAX ZEMAX
武汉科技大学 汽车与交通工程学院, 湖北 武汉 430081
封装热应力所致smile效应是阵列封装大功率半导体激光器中普遍存在的问题。为解决这一问题, 本文在研究smile效应产生机理的基础上, 提出采用错温封装技术和热沉预应力封装技术降低smile效应的措施。以某808 nm水平阵列封装半导体激光器为例, 采用仿真分析的办法研究了上述技术的可行性和有效性。仿真分析表明, 采用传统封装技术, 在恢复至室温22 ℃后, 芯片smile值约为39.36 μm, 采用封装前升高芯片温度至429 ℃的错温封装技术, 可以将smile值降至1.9 μm; 若采用热沉预应力技术, 对热沉的两个端面沿长边方向分别施加190 N 的拉力, 可以将smile值降至0.35 μm。结果表明, 这两种封装措施是有效的。错温封装技术和热沉预应力封装技术具有易于实现的优点, 其中热沉预应力技术对于各种smile效应类型和不同的smile值都可以调整和修正。
半导体激光器 smile效应 热应力 错温封装 预应力 semiconductor laser diode smile effect thermal effect differential temperature soldering prestressing force
1 长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 长春 130022
2 中国科学院半导体研究所,北京 100083
对GaAs基半导体激光器真空解理钝化工艺进行了研究, 发现在高真空条件下解理和钝化GaAs基半导体激光器能有效减少激光器腔面缺陷, 从而抑制非辐射复合。通过测试光致发光(PL)谱线和X射线光电子能谱(XPS)发现, 经过超高真空解理钝化的GaAs基半导体激光器bar条的光致发光特性比没有经过真空解理钝化获得比较大的提升, 并且bar条表面污染率有很大改观。对真空解理钝化工艺的钝化膜的厚度进行了优化。
半导体激光器 真空解理 钝化 腔面 semiconductor laser diode high-vacuum cleavage passivation facet
1 华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
2 中国电力科学研究院, 湖北 武汉 430074
3 延长集团陕西化建工程有限公司, 陕西 西安 710003
激光引信用脉冲半导体激光器驱动电路要求驱动电流大、脉冲窄，减小回路等效电感是设计的关键。选择电磁对称性器件、器件的对称分布、多个器件并联使用可以有效降低电路回路的等效电感。实验结果表明，驱动电路脉冲电流前沿可达1.9 ns，幅度50 A，脉宽7 ns，频率5 kHz。该研究为快速大电流设计电路提供了参考。
激光引信 电磁对称 脉冲半导体激光器 驱动电路 laser fuze electromagnetism symmetry pulse semiconductor laser diode drive circuit
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激发态物理重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100049
研究了高功率808 nm量子阱脊型波导结构含铝半导体激光器在空气中解理时不同镀膜方法对输出激光功率的影响，讨论了半导体激光器的灾变性光学镜面损伤机理及其腔面钝化薄膜的选择特性。对半导体激光器管芯前后腔面不镀膜，前后腔面镀上反射膜和前后腔面先镀上钝化薄膜再镀腔面反射膜方法进行了对比，测试了半导体激光器的输出功率。结果表明，先镀上钝化薄膜的器件比只镀上腔面反射膜的器件输出的激光功率高36%。只镀腔面反射膜的半导体激光器器件在电流为5 A时就失效了，而镀钝化膜的器件在电流为6 A时仍未失效，说明镀钝化薄膜的器件能有效地防止灾变性光学损伤和灾变性光学镜面损伤。在半导体激光器芯片腔面镀上钝化薄膜是提高大功率半导体激光器输出功率的有效方法。
808 nm半导体激光器 镀膜 腔面 808 nm semiconductor laser diode coating facet
