隧道再生半导体激光器热弛豫积累过程研究

针对隧道再生半导体激光器,建立了内部的热源分布模型。利用有限元方法模拟计算得到了两有源区隧道再生半导体激光器在不同占空比下工作时的热弛豫积累过程。模拟结果表明,芯片达到平衡前的热弛豫积累时间和达到热平衡时的温度均随注入电流占空比的增加而增加,热弛豫积累时间小于200ms。芯片内部温度分布表明,靠近衬底的有源区温度略高于靠近热沉的有源区温度,但温度差较小,热效应造成的波长漂移不会造成双峰现象。实验测量了在相同的边界条件下,不同占空比下器件的峰值波长,将其转换为温升,与模拟结果吻合。     

隧道再生大功率半导体激光器瞬态热特性研究

讨论了隧道再生大功率半导体激光器内部的热源分布，利用有限元方法模拟计算了其在脉冲工作下的二维瞬态热分布，同时测量了不同时刻波长的漂移量并换算为温升值，与计算结果进行了比较，二者基本吻合。模拟结果还表明靠近衬底的有源区温度略高于靠近热沉的有源区温度；用金刚石一铜热沉替换铜热沉，还可以很好地降低器件内部温升，使隧道再生大功率半导体激光器能够高效工作。     

双有源区隧道再生半导体激光器温度场分布研究

针对隧道再生半导体激光器,建立了内部的热源分布模型,分析了三种封装方式对芯片内部温度分布的影响;模拟结果表明加电后几微秒的时间内,芯片内温度场分布主要由隧道再生结构的热特性决定,与封装形式关系不大;在几微秒到几十或一百毫秒的时间范围内,有源区的温度上升很快;几百毫秒以后,器件温度达到稳态,有源区的平衡温度主要决定于载体的散热特性.稳态时靠近衬底的有源区温度高于靠近热沉的有源区的温度,但两有源区的温差很小,芯片内最高温度出现在靠近衬底有源区的脊形中心.     

隧道带间耦合级联新型激光器扩展电流的优化

隧道带间耦合级联激光器采用C掺杂生长隧道结,由于高浓度C掺杂层在激光器多个有源区之间分布形成了高电导层,增加了注入电流的横向扩展,使激光器的性能不能充分发挥出来。我们利用双面电极新型结构可以很好地克服横向电流扩展,使级联的激光器保证充分的光输出功率,具体是在常规激光器背面衬底做完全与正面电极相同而对中的电极,当加入电场后,使电场完全集中在这两个相对中的电极之间,使激光器注入的电流从正面电极完全不扩展地流入到背面衬底电极,保证每个有源区都注入相同的电流而保证每个有源区充分的光输出。对4个有源区级联的激光器光输出功率较常规电极提高70%以上,输出光功率从1.6W提高到2.4W,斜率效率提高70%以上。     

基于载流子注入产热机制的半导体激光器热模型分析

为解决常用经验计算公式参数复杂、产热项考虑不足等问题,采用优化的激光器热模型分析了激光器连续工作时有源区温度的变化并进行了实验验证。通过分析有源区注入载流子产热机制,建立了替代传统的热源计算公式的经验计算公式,考虑了载流子通过激光器内部渐变异质结时的势垒电阻以提高焦耳热计算精度。制作了电极尺寸为10μm、台面尺寸为20μm的半导体激光器件并对器件热特性进行了模拟。由于未考虑热载流子注入效应,利用传统经验公式得出的有源区热功率密度比提出的优化模型偏低,因而理论模拟的器件内部温升也偏低。对激光器出光特性进行测试,推导出不同注入电流下激光器内部有源区的温升。测量与理论分析对比表明,采用经验公式得出的结果比实际测试结果偏低,而优化的热模型解决了该问题,利用该方法得出的有源区温升与测试结果最大偏差仅为0.2K,且温升随注入电流的变化趋势一致。     

带间耦合多有源区大功率980nm半导体激光器

提出利用隧道结实现带间耦合再生多有源区大光腔大功率的半导体激光器。该激光器能够在小的电流下输出大的光功率；同时可以使出光端面成倍增加，减少了端面光密度，克服端面灾变性毁坏（COD）。由于耦合形成大光腔，提高了光输出的质量。制备4个有源区带间耦合大功率980nm半导体激光器。在2A注入电流下输出功率5W，阈值电流172mA，斜率效率3.24w/a，阈值电流密度273A/cm^2。     

新型双波长激光器热学特性研究

制备了一种新型双波长和单波长隧道再生半导体激光器,测试了两种激光器在25~105℃温度范围内的P-I特性曲线,对比分析了两种激光器输出光功率、阈值电流、斜率效率随温度的变化。测试结果表明,新型双波长隧道再生激光器有高输出功率、高斜率效率以及双激射波长等优点;高掺杂隧道结的引入以及双有源区的器件结构导致其热特性略差于单波长半导体激光器。     

台面尺寸对垂直腔面发射激光器电学特性的影响

采用求泊松方程、电流密度方程、载流子扩散方程以及有源层结压降方程自洽解的方法,计算了不同台面大小的台面结构垂直腔面发射激光器内部的电势分布和有源层中的注入电流密度、载流子浓度及结压降分布.结果表明,台面尺寸对垂直腔面发射激光器内部的电势分布和有源层中的注入电流密度、载流子浓度及结压降分布有重要影响.在一定的外加电压下,随着台面尺寸减小,有源层中心处的注入电流密度、载流子浓度和结压降急剧减小,垂直腔面发射激光器性能恶化.     

垂直腔面发射半导体激光器的电、热和光波导特性

本文采用求光场方程、载流子扩散方程、热导方程以及泊松方程自洽解的方法,研究了垂直腔面发射半导体激光器的电、热和光波导特性．计算结果表明,出射窗口半径和限制区的深度、厚度以及半径是影响其注入电流和电压分布的主要因素．在不同的深度,电流和电压的分布是不同的．因而电流的分布不是一个固定的模式．对于较大出射窗口的垂直腔面发射半导体激光器,有源区的电流密度分布不均匀是引起高阶横模的主要原因．限制区的位置对有源区中电流的扩展有很大的影响     

垂直腔面发射激光器新型结构的特性比较

通过对一种微分量子效率可以大于1的新型多有源区隧道再生应变量子阱垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs)结构,以及由此设计出的阈值电流更小、输出功率更大的器件与普通结构在反射率及注入电流都相同的条件下输出功率大小的比较及阈值电流密度大小的比较,从而在理论上证实了这种VCSELs新型结构的优势。