基于腔面非注入技术的大功率半导体激光器

采用腔面电流非注入技术,提高了808nm半导体激光器灾变性光学损伤(COD)阈值。通过腐蚀GaAs高掺杂层的方法,在半导体激光器腔面附近形成电流非注入区,以此来减少腔面处的载流子注入。载流子注入水平的降低,减少了腔面处非辐射复合的发生,因而提高了激光器的灾变性光学损伤阈值。应用电流非注入技术制作的器件的最大输出功率达到3.7W;而应用常规工艺制作的器件的最大输出功率为3.1W。同常规工艺相比,采用该技术使器件的最大输出功率提高了近20%。     

大功率GaInP/AlGaInP半导体激光器

制备了大功率实折射率GaInP/AlGaInP压应变分别限制量子阱激光器.所用外延材料在15°偏角的GaAs衬底上由有机金属气相外延一次外延生长得到.制备的激光器具有双沟脊波导结构,条宽和腔长分别为3和900μm,前后端面分别蒸镀5%的增透膜和95%的高反膜.分析了室温连续激射时激光器的光电输出性能.阈值电流的典型值为32mA,光学灾变阈值为88mW,功率为80mW时的工作电流为110mA,斜率效率为1W/A,串联电阻为3Ω.基横模光输出功率可达60mW,60mW时的平行结和垂直结的远场发散角分别为10°和32°,激射波长为658.4nm.器件的内损耗为4.1cm-1,内量子效率达80%,透明电流密度为648A/cm2.     

带非吸收窗口的大功率657 nm半导体激光器

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/℃.     

大功率单隧道结半导体激光器的研制简

针对大功率隧道结半导体激光器因光学灾变损伤(COD)而导致输出光功率无法进一步提高的问题,通过优化器件材料结构,提高了其COD阈值.采用标准的半导体激光器制作工艺,制作了发光区条宽为200 μm、腔长为900 μm的单隧道结半导体激光器.在脉冲宽度为200 ns、重复频率为5 kHz的室温下进行测试,器件峰值功率超过70 W,并且无明显COD现象发生.在20 A工作电流下,器件峰值波长为907 nm,光谱宽度为7 nm,斜率效率为1.88,接近相同工作电流下单有源层激光器的两倍.     

硫化的激光器腔面上溅射ZnS钝化膜的研究

提出了一种新的激光器腔面钝化方法.先用(NH4)2S溶液硫化解理后的激光器腔面,然后使用磁控溅射方法对激光器的前腔面镀ZnS钝化膜、后腔面镀Si/SiO2高反射膜.ZnS钝化层光学厚度为λ/4,在中心波长为808 nm处透过率可达95.5%.钝化前激光器的光学灾变损伤(COD)阈值为1.6 W,钝化后为2.0 W,提高了25%倍;未镀膜的激光器阈值电流为0.25 A,经硫化再镀ZnS后阈值电流为0.20 A,降低了20%.实验结果表明,经硫化后溅射ZnS对激光器腔面具有良好的钝化和增透效果.     

大功率900 nm超大光腔三叠层隧道级联激光器

研制了一款大功率900 nm超大光腔三叠层隧道级联激光器。针对高功率900 nm隧道级联激光器存在的光学灾变损伤(COD)和工作电压高等问题,通过Lastip软件和波导模拟软件,设计并优化了900 nm超大光腔三叠层隧道级联激光器的材料结构。对比扩展波导激光器结构的性能,超大光腔结构提高了三叠层隧道级联激光器输出光功率,降低了工作电压。采用金属有机化学气相淀积(MOCVD)方法生长了900 nm三叠层隧道级联激光器材料,并制作成条宽200μm、腔长800μm的激光器芯片,采用金属管壳封装制成激光器单管。测试结果表明,室温下,在频率10 kHz、脉宽100 ns、工作电流30 A时,器件输出功率约85 W,室温条件下器件老化595 h,输出功率基本不降低。     

大功率GaInP/AlGaInP半导体激光器

制备了大功率实折射率GaInP/AlGaInP压应变分别限制量子阱激光器.所用外延材料在15°偏角的GaAs衬底上由有机金属气相外延一次外延生长得到.制备的激光器具有双沟脊波导结构,条宽和腔长分别为3和900μm,前后端面分别蒸镀5%的增透膜和95%的高反膜.分析了室温连续激射时激光器的光电输出性能.阈值电流的典型值为32mA,光学灾变阈值为88mW,功率为80mW时的工作电流为110mA,斜率效率为1W/A,串联电阻为3Ω.基横模光输出功率可达60mW,60mW时的平行结和垂直结的远场发散角分别为10°和32°,激射波长为658.4nm.器件的内损耗为4.1cm-1,内量子效率达80%,透明电流密度为648A/cm2.     

大功率In(Ga)As/GaAs量子点激光器

利用分子束外延技术和S-K生长模式,系统研究了InAs/GaAs材料体系应变自组装量子点的形成和演化.研制出激射波长λ≈960nm,条宽100μm,腔长800μm的In(Ga)As/GaAs量子点激光器:室温连续输出功率大于3.5W,室温阈值电流密度218A/cm2,0.61W室温连续工作寿命超过3760小时.     

氦离子注入形成980nm脊型波导激光器腔面非注入区的研究

报道了氦离子注入技术在提高980nm半导体激光器灾变性光学损伤(catastrophic optical damage,COD)阈值上的应用.p-GaAs材料经氦离子注入后可以获得高的电阻率.在距离腔面25μm的区域内进行氦离子注入,由此形成腔面附近的电流非注入区.腔面附近非注入区减少了腔面载流子的注入,因此减少了非辐射复合的发生,提高了激光器的灾变性光学损伤阈值.应用氦离子注入形成腔面非注入区的管芯的平均最大功率达到440.5mW,没有发生COD现象.而应用常规工艺制作的管芯的平均COD阈值功率为407.5mW.同常规工艺相比,应用氦离子注入形成腔面非注入区技术使管芯的最大输出功率提高了8%.     

宽带可调谐掺镱双包层光纤激光器

采用高功率975 nm多模半导体激光器(LD)作为抽运源,以大模场掺Yb3+双包层光纤(YDCF)作为激光增益介质,运用能够承受较高功率运行的利特罗(Littrow)光栅外腔调谐结构,实现了宽带可调谐激光输出.实验中,双包层光纤采用最优光纤长度14 m,光栅经仔细调整后有效入纤反馈效率约20%,当入纤抽运功率约1.3 W时,激光器达到阈值并开始振荡.通过连续旋转光栅,激光输出波长能在1046～1121 nm之间实现可调谐,可调范围达75 nm.当入纤抽运功率为48 W时,在1089 nm波长处获得最大输出功率23.7 W,相应斜率效率为53%.最后,基于数值模拟简单地分析了激光输出特性,实验结果与数值模拟结果基本保持一致.     

Low-threshold, strained-layer, GaInP/AlGaInP GRINSCH visible diode lasers

Graded-index, separate-confinement heterostructure (GRlNSCH) semiconductor diode visible lasers employing a strained-layer GaInP single quantum well were fabricated from metalorganic chemical-vapor deposition (MOCVD)-grown epitaxial material. CW threshold current densities as low as 650 A/cm/sup 2/ were measured for uncoated, 1200- mu m-long, 15- mu m-wide ridge structures operating at 30 degrees C and emitting at 655-670 nm. A maximum output under quasi-CW conditions (100 mu s pulse length, 1% duty factor) as high as 320 mW/facet was achieved before catastrophic failure. This threshold current density is believed to be the lowest reported to date for visible light diode lasers.<>     

新型大功率双波长半导体激光器的研制

提出了一种新结构半导体双波长激光器 ,即用隧道结把两个发射不同波长的激光器结构通过外延生长的方法连接起来。通过计算和设计 ,制备了性能良好的大功率激射的双波长半导体激光器。双波长器件的实际激射波长分别为 95 1 nm和 987nm,为基模激射。器件在 5 3 0 m A直流工作时输出功率达到 5 0 0 m W,斜率效率为1 .3 3 W/A。在 2 A电流时功率达 2 .4W,斜率效率为 1 .3 8W/A;3 A电流时功率达 3 .1 W,斜率效率为 1 .2 1 W/A。     

大功率体光栅外腔半导体激光器的输出特性

宽条形大功率半导体激光器(LD)存在光谱温漂系数大、光谱宽度宽的缺点,为了改善宽条形大功率半导体激光器的光谱特性,采用一种体光栅(VBG)离轴外腔方法实现了宽条形大功率半导体激光器光谱特性的明显改善和高效率工作.宽条形半导体激光器的外腔结构主要包括激光器输出光束的快、慢轴准直光学透镜和离轴放置的体光栅.宽条形半导体激光器的激射条宽为100μm,当激光器工作电流为4.0 A时,外腔激光器的输出功率高达3.4 W,斜率效率为1.0 W/A,光谱宽度由自由出射条件下的2~3 nm减少为0.2 nm,峰值波长的温漂系数小于0.015 nm/℃.     

808nm大功率连续半导体激光器研究

利用金属有机化学气相淀积(MOCVD)技术,生长了AlGaInAs/AlGaAs分别限制压应变单量子阱材料,利用该材料制成3mm宽、填充因子20%的半导体激光器阵列(版型100μm/500μm,6个发光单元),通过腔面反射率设计确定了最佳反射率,采用CS载体标准封装。在输入电流8A、水冷19℃条件下测试,输出功率达到8.4W,阈值电流为1.8A,斜率效率为1.26W/A,功率转换效率为59.4%,波长为805.7nm,光谱半宽为1.8nm;输入电流12A时,输出功率达到13W,斜率效率为1.22W/A,功率转换效率为58.9%,波长为807.9nm,光谱半宽为2.0nm。     

Laterally Coupled DFB Lasers With Self-Aligned Metal Surface Grating by Holographic Lithography

A laterally coupled InGaAsP-InP distributed-feedback (DFB) laser operating around 1.55 mum was fabricated through a novel technique for the formation of metal surface gratings by holographic lithography. The self-aligned Cr DFB gratings were formed on the sidewalls as well as on both sides of the laser ridge by means of angled e-beam evaporation of Ti mask and metal-SiO₂ lift-off on the top of ridges. For an uncoated 3-mum-wide and 300-mum-long cavity, the device emitted an output power of ~9.7 mW/facet at an injection current of 100 mA with a threshold current of 29 mA and a slope efficiency of 0.14 mW/mA per facet at 20 degC under continuous-wave mode. A stable single-mode emission near 1.54 mum with a sidemode suppression ratio of nearly 28 dB was observed and a tuning coefficient of 0.21 nm/K was obtained in the temperature range of 15 degC -55 degC.     

High-power angled broad-area 1.3-/spl mu/m laser diodes with good beam quality

A new type of high-power laser diodes is fabricated with a broad-area waveguide tilted at 7/spl deg/ from the facet normal. For the current between 0.6 and 1.2 A, it behaves like a superluminescent diode with 40-nm spectral width and 40-mW output power. The far field emits at about 25/spl deg/ away from the facet normal. For the current above 1.2 A, it oscillates with a narrow spectrum. The far field emits along the facet normal with its angle only twice of the diffraction limit. The output power per facet could be 1 W at 12 A.     

808nm无Al量子阱激光器mini阵列的研制

通过分析激光器的结构,优化设计了非对称宽波导激光器结构及外延生长条件。利用低压金属有机化合物气相淀积技术(LP-MOCVD)生长了高质量的InGaAsP/GaInP无铝应变量子阱外延材料,制作成808 nm高功率半导体激光器mini阵列,将其应用到1 064 nm全固态激光器中。20℃下,制作的808 nm,0.5 cm半导体激光器mini阵列,连续驱动电流50 A时输出功率达到50 W,最高光电转换效率达到53%。将该808 nm激光器mini阵列应用到全固态1 064 nm激光模组中,50 W,1 064 nm激光输出时,工作电流只有15 A。经过多于500 h老化以后,1 064 nm全固态激光器的功率衰减小于2%。     

高功率980nm半导体激光器有源区制备中的Ⅴ/Ⅲ比优化

高质量的MOCVD外延材料是研制高性能半导体光电器件的基础.通过制作简单的量子阱结构,利用光荧光系统进行快速表征,得到Ⅴ/Ⅲ比不但会影响PL的强度,还会影响片内均匀性的结论.根据标准偏差统计法,确定了InGaAs量子阱外延的最佳Ⅴ/Ⅲ比为35.基于优化的外延参数,制备了波长为980 nm的半导体激光器,在15A脉冲电流下,腔面未镀膜时器件的平均输出功率为9.6W,中心波长为977.2 nm.研究结果为半导体激光器的研制提供了一种快速有效的方法.     

横向微堆积大功率半导体激光器线阵的制备

提出了一种横向微堆积大功率半导体激光器线阵的新结构,在相同的注入电流下提高了器件的输出光功率,有效缓解了大电流下的器件热烧毁和光学灾变性毁坏(COD)。制备了横向微堆积三有源区半导体激光器线阵列,在50A的工作电流下,其输出光功率可达到79.3W,斜率效率可达1.81W/A,是传统单有源区bar条的两倍多。     

连续工作的体布拉格光栅外腔半导体激光器的温度特性

对体布拉格光栅(VBG)作为波长选择元件的外腔半导体激光器的波长锁定进行了实验研究,报道了连续运转输出功率达43.5 W的半导体激光器阵列的体布拉格光栅波长锁定实验结果,给出了不同热沉温度下的稳定的波长锁定结果,说明采用体布拉格光栅外腔将减小半导体激光器的温控压力。实验中发现,随着注入电流的增大,输出激光功率逐渐增强,锁定的激射波长向长波长方向偏移。在输出功率为34.5 W时,波长红移约0.56 nm。这一移动与实验测量的体布拉格光栅的温度特性相吻合。连续和高占空比运行、高输出功率情况下,在器件的设计和使用时应该考虑这一效应。