1 中国原子能科学研究院 核物理所, 北京 102413
2 国防科技工业抗辐照应用技术创新中心, 北京 102413
3 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
4 中国科学院大学, 北京 100049
为了解决限制近红外单发射区InGaAs/AlGaAs量子阱半导体激光二极管失效阈值功率提升的腔面光学灾变损伤问题, 研制了一种带有Si杂质诱导量子阱混杂非吸收窗口的新型激光二极管, 并对其性能进行了测试分析。首先, 对于带有非吸收窗口的二极管, 在其谐振腔上方前后腔面附近的窗口区域覆盖50 nm Si/100 nm SiO2组合介质层, 在远离腔面的增益区域覆盖50 nm Si/100 nm TiO2组合介质层, 并采用875 ℃/90 s快速热处理工艺促进Si杂质扩散诱导量子阱混杂并去除非辐射复合中心。然后, 基于相同外延结构、相同流片工艺制备了无非吸收窗口的激光二极管作对照组。测试结果显示, 带有非吸收窗口的新型激光二极管平均峰值输出功率提升约33.6%, 平均峰值输出电流提升约50.4%, 腔面光学灾变损伤的发生概率和破坏程度均明显降低, 且其阈值电流、斜率效率及半高全宽等特性也无任何退化。该研究证明, 采用Si杂质诱导量子阱混杂技术制备的非吸收窗口, 对近红外单发射区InGaAs/AlGaAs量子阱半导体激光二极管腔面光学灾变损伤有明显的抑制效果。
半导体激光二极管 腔面光学灾变损伤 量子阱混杂 非吸收窗口 semiconductor lasers catastrophic optical mirror damage quantum well intermixing non-absorption window
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 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
高输出功率和长期可靠性是高功率半导体激光器得以广泛应用的前提,但高功率密度下腔面退化导致的光学灾变损伤(COD)制约了激光器的最大输出功率和可靠性。为了提高915 nm InGaAsP/GaAsP半导体激光器的COD阈值,利用金属有机物化学气相沉积设备来外延生长初次样片。探讨了量子阱混杂对初次外延片发光的影响。此外,使用光致发光谱测量了波峰蓝移量和发光强度。实验结果表明,在退火温度为890 ℃、退火时间为10 min条件下,波峰蓝移量达到了62.5 nm。对初次外延片进行量子阱混杂可得到较大的波峰蓝移量,且在退火温度为800~890 ℃、退火时间为10 min的条件下峰值强度均保持在原样片峰值强度的75%以上。
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
为了提高915 nm半导体激光器腔面抗光学灾变的能力, 采用基于SiO2薄膜无杂质诱导量子阱混合法制备符合915 nm半导体激光器AlGaInAs单量子阱的非吸收窗口.研究了无杂质空位诱导量子阱混合理论及不同退火温度、不同退火时间、SiO2薄膜厚度、SiO2薄膜折射率、不同盖片等试验参数对制备非吸窗口的影响, 并且讨论了SiO2薄膜介质膜的多孔性对无杂质诱导量子阱混合的影响.实验制备出蓝移波长为53 nm的非吸收窗口, 最佳制备非吸收窗口条件为退火温度为875℃, 退火时间为90s, SiO2薄膜折射率为1.447, 厚度为200 nm, 使用GaAs盖片.
半导体激光器 光学灾变 量子阱混杂 非吸收窗口 薄膜 Semiconductor laser Catastrophic optical damage Quantum well intermixing Non-absorbing window Film
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室， 吉林 长春 130022
为提高940 nm半导体激光器抗灾变性光学损伤(COD)能力，采用无杂质空位量子阱混杂技术制备了带有无吸收窗口的940 nm GaInP/GaAsP/GaInAs半导体激光器。借助光致发光光谱分析了退火温度和介质膜厚度对GaInP/GaAsP/GaInAs单量子阱混杂的影响；通过电化学电容电压(EC-V)方法检测了经高温退火后激光器外延片的掺杂浓度分布的变化情况。实验发现，在875 ℃快速热退火条件下，带有磁控溅射法制备的200 nm厚的SiO2盖层样品发生蓝移达29.8 nm，而电子束蒸发法制备的200 nm厚TiO2样品在相同退火条件下蓝移量仅为4.3 nm。两种方法分别对蓝移起到很好的促进和抑制作用。将优化后的条件用于带有窗口结构的激光器器件制备，其抗COD能力提高了1.6倍。
激光器 非吸收窗口 无杂质空位诱导 灾变性光学损伤 量子阱混杂
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
提升半导体激光器的腔面抗光学灾变(COD)损伤的能力，改善半导体激光器的工作特性，一直是大功率半导体激光器器件工艺研究的难点。基于薄膜应力使基底半导体材料带隙变化的原理，采用直流磁控溅射方法在不同条件下溅射生成不同内应力的AlxNy绝缘介质膜。通过研究大功率半导体激光器腔面退化机理，借助AlxNy等应力膜设计制作了一种新型非吸收透明窗口结构的宽条形半导体激光器，使器件平均最大输出功率提高46.5%,垂直发散角达到21°,水平发散角达到6.1°，2000 h加速老化试验，其千小时退化速率小于0.091%。
激光器 高功率半导体激光器 非吸收窗口 应力
1 西安理工大学电子工程系, 陕西 西安 710048
2 西北大学物理系, 陕西 西安 710069
3 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
在激光器腔面处制作非吸收窗口(NAW)可以有效地减少光吸收, 防止激光器过早出现光学灾变损伤(COD), 是提高大功率半导体激光器的功率特性的重要手段之一。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术二次外延生长了大功率657 nm红光半导体激光器结构, 通过闭管扩散Zn的方法在腔面附近制作了非吸收窗口。实验发现扩散温度550 ℃, 扩散时间20 min时, 得到的非吸收窗口最为有效, 激光器连续工作的无扭折输出功率大于100 mW, 超过常规的无窗口结构激光器的最大输出功率的两倍, 激光器的斜率效率提高了23%。测量该类器件的温度特性发现, 环境温度为20～70 ℃时, 其输出功率均可大于50 mW, 计算得到激光器的特征温度约为89 K, 波长增加率约为0.24 nm/℃。
激光器 半导体激光器 光学灾变损伤 非吸收窗口 量子阱混杂
