飞秒激光加工半导体材料考虑电子逆韧致辐射吸收效应的烧蚀理论模型

本文对飞秒激光加工微纳器件半导体材料过程中的微观烧蚀机理进行了理论研究,基于试探粒子法,采用Fokker-Planck方程,建立了描述飞秒时间尺度内的电子非平衡态输运过程的理论模型,该模型屏弃了弛豫时间和激光吸收系数为常数的假设,给出了屏蔽coulomb势作用下电子输运的漂移系数与扩散系数表达式,考虑了电子逆韧致辐射机制对激光吸收系数的影响,通过数值模拟获得了自由电子非平衡态分布,并在此基础上计算了飞秒激光的烧蚀阀值,讨论了飞秒激光参数对烧蚀半导体材料的影响。     

光伏型光电探测器漂移-扩散模型的改进

提出了改进的描述光伏型半导体光电探测器中载流子输运的漂移-扩散模型,该模型能适合更高强度的激光辐照,可以模拟光生载流子的长时间过程。依据该模型,对光伏型探测器进行了模拟计算,得到了激光辐照下探测器的动态响应规律、探测器温升以及材料参数对探测器响应的影响。     

强激光辐照PC型探测器的动态响应

基于载流子输运和强激光辐照会产生热效应造成探测器的温升,建立了描述光导(PC)型半导体探测器对激光辐照动态响应的动力学模型及非线性耦合方程组。通过进行数值模拟计算,得到了激光辐照PC型半导体探测器的动态响应情况,数值模拟结果与实验结果相吻合。该模型能适用于任何强度的激光辐照,弱激光辐照时结果与传统模型一致,强激光辐照时能描述探测器的信号饱和效应。     

模具半导体激光强韧化工艺研究

为了研究模具材料半导体激光表面强韧化工艺,采用半导体激光表面淬火工艺,进行了7CrSiMnMoV,Cr12MoV,CrMo铸铁等典型模具材料半导体激光淬火的工艺研究,得到了不同模具材料优化的激光工艺参量。结果表明,激光表面淬火后的硬度满足模具材料的使用要求。这一结果为激光模具表面强韧化处理提供了可靠的保障。     

用脉冲激光研究氢化非晶硅的瞬态光电导

用YAG电光调Q倍频的脉冲激光作为激光发源研究了a-Si:H的瞬态光电导。实验发现这种材料的瞬态光电导的上升和下降时间可以用时间的幂指数规律来描述,并且随激发脉冲强度的增加而减小。基于非晶半导体中存在弥散输运过程的特征,我们对结果进行了讨论,获得了一系列样品的弥散参数a和特征温度T_0值,从而给出a-Si:H的带尾分布信息。     

激光束与半导体材料相互作用机理的研究

讨论了半导体材料四种类型的激光吸收机理,着重研讨了半导体材料激光微细加工中常用的低强度激光辐照下材料表面的光能吸收机制。介绍了一种有效的实验研究方法。     

超晶格半导体材料的光磁电效应(Ⅰ)

从Shockley-read统计出发,引入载流子寿命与浓度的相关性,描述了超晶格半导体载流子的输运特征,将载流子的输运方程化为二阶非线性方程,并用双参数摄动法找到了方程的一般解.在二阶近似下,计算了半导体材料的短路电流和光导电流,进一步揭示了大信号情况下光磁电效应的非线性特征.     

超晶格半导体材料的光磁电效应(Ⅰ)

从Shockley-read统计出发,引入载流子寿命与浓度的相关性,描述了超晶格半导体载流子的输运特征,将载流子的输运方程化为二阶非线性方程,并用双参数摄动法找到了方程的一般解.在二阶近似下,计算了半导体材料的短路电流和光导电流,进一步揭示了大信号情况下光磁电效应的非线性特征.     

半导体激光器与新材料

介绍了半导体激光器和半导体光电材料研究的新进展。     

超晶格半导体材料的光磁电效应(I)

从Shockley-read统计出发，引入载流子寿命与浓度的相关性，描述了超晶格半导体载流子的输运特征，将载流子的输运方程化为二阶非线性方程，并用双参数摄动法找到了方程的一般解.在二阶近似下，计算了半导体材料的短路电流和光导电流，进一步揭示了大信号情况下光磁电效应的非线性特征.     

激光脉冲重复频率对InSb划片的影响

激光划片是半导体工业中一种有效的划片方法。目前在半导体材料划片中多采用调 Ｑ Ｎｄ： Ｙ Ａ Ｇ 激光器。脉冲重复频率是这种激光器的一个重要参数,它影响着激光器的平均输出功率、脉冲峰值功率以及脉冲宽度等特性。因此,脉冲重复频率对激光划片效果有重要影响。研究了利用调 Ｑ Ｎｄ： Ｙ Ａ Ｇ 激光对 Ｉｎ Ｓｂ 的激光划片,得出了刻槽深度和宽度与脉冲重复频率之间的关系。还从理论上探讨了划片时激光束和材料的相互作用过程,分析了各种刻槽形成的原因。     

半导体激光器散热技术研究及进展

在半导体大功率激光器的各种关键技术中,散热问题的解决是一个极其关键的技术。因为半导体激光器能产生很高的峰值功率,这些器件的电光转换效率为40%~50%,即所输入的电能50%~60%都转换为热能。在管芯焊接的地方产生的热流量大约为1KW.cm-2。这种热负载是限制激光器正常工作的关键因素。半导体激光器列阵与叠阵散热问题解决会直接关系到激光器的使用寿命,导致激光器有源区温度的迅速提高,从而引起激光器的光学灾变,甚至烧毁半导体激光器。大功率激光器列阵及叠阵在高功率的二极管泵浦固态激光器(DPSSL)系统中有很大的应用,市场发展潜力很大。因此,有必要发展大功率激光器列阵及叠阵。随着大功率激光器列阵及叠阵的迅速发展,与其有关的关键技术也应该加以研究。     

高亮度半导体激光器腔面膜的研究

要降低半导体激光器阈值电流密度和提高外微分量子效率,其中采取的主要方法之一是在发光芯片的两个端面选取适当的能量反射比。根据光学薄膜的设计理论,优化膜系结构,并采用电子束离子辅助蒸发技术,选取合适的薄膜材料,在条宽100 μm,腔长1 mm的850 nm半导体激光器发光芯片的两个端面沉积光学介质膜。其作用不仅获得一定的光谱特性,而且可以使发光腔面钝化。经过反复实验优化薄膜沉积的工艺参量,可以减少膜层材料的吸收,提高膜层的激光损伤阈值。经测试采用此方法制作出的高亮度半导体激光器使用寿命明显提高,发光芯片的输出功率可达3.7 W,与未镀膜的器件相比功率提高了2.8～3.1倍。     

激光对半导体材料热作用的理论计算

本文从焓的定义出发，根据焓平衡方程，考虑相互作用过程中材料的热物性参数的变化和相变问题，据此进行计算，得到了几种典型的半导体材料的动态温升曲线，其熔融阈值与激光持续作用时间之间的关系，以及熔融阈值与入射激光频率之间的依赖关系。     

外腔半导体激光器设计与高次谐波稳频

研究了利特罗(Littrow)结构外腔半导体激光器的结构参量对激光连续可调范围的影响。给出了反射镜转轴等处的机械加工误差对激光波长连续可调范围所造成的影响的数值计算结果。介绍了半导体激光器外腔结构设计的具体细节要点。利用该设计制作的外腔只需要配合商用半导体激光管便可以得到优质的780nm激光输出,经测量其线宽小于1MHz,连续可调谐范围大于3GHz。利用腔外Rb饱和吸收谱的三、五次谐波稳频方法对半导体激光器进行了稳频。其中提出了优化激光频率短期稳定度的方法,并对调制深度的选择给出了详细的理论解释。根据该优化方法设计出稳频系统对半导体激光器进行稳频,得到了稳定度达到10-12量级的半导体激光输出。     

刻蚀端面AlGaInAs/AlInAs激光器的制作与特性

利用Cl2／BCl3／CH4电感应耦合等离子体（ICP）干法刻蚀技术，实现了对AlGaInAs，InP材料的非选择性刻蚀。AlGaInAs与InP的刻蚀速率分别为820nm／min与770nm／min，获得了刻蚀深度为4．9μm，垂直光滑的AlGaInAs／AlInAs激光器的刻蚀端面。在此基础上制作出宽接触的刎蚀端面AlGaInAs／AlInAs激光器，实现了室温脉冲激射，其阈值电流和微分量子效率与传统的解理端面激光器基本相当。并通过刻蚀端面与解理端面激光器特性的比较（包括电流-电压、电流输出光功率以及远场特性），分析了刻蚀端面的引入对激光器特性的影响。     

GaN基光电子材料及器件的研究

GaN材料是性能优越的化合物半导体,与其相关的合金材料可以制作出高亮度蓝光、绿光发光二极管、紫外探测器、半导体蓝色激光器(LD)等具有重要应用价值的光电子器件,因而备受重视,本文综述了GaN基光电子器件研究开发现状及其应用前景。     

用半导体吸收体实现陶瓷激光器被动锁模研究进展

新型陶瓷材料近年来开始作为激光增益材料,具有低成本、大尺寸、制备时间短、热导率高等优点。大功率飞秒激光器是近年来超短脉冲激光制备的一大热点。本文探讨了使用半导体可饱和吸收镜实现被动锁模大功率陶瓷飞秒激光器的可行性,研究现状以及未来趋势。     

激光辐照Si-CCD热力效应的研究

由于光电探测器吸收激光后的温升、以及由于温升造成的各种现象,均能使探测器遭受到不同程度的损伤.丈中利用热弹性理论对氧碘激光器辐照硅材料进行研究,建立二维平面模型,通过解析计算得到由激光辐照半导体材料引起的温度场和应力场的瞬态分布.     

GaN基和GaAs基半导体激光器的电学特性研究

介绍了一种能够全面表征半导体二极管器件的电学特性的方法,此方法结合半导体二极管的正向交流特性和直流特性,称之为正向交流小信号法。利用该方法深入地研究和对比分析了GaN基和GaAs基半导体激光器的电学特性,包括表观电容、串联电阻和理想因子。实验结果表明,对于GaN基和GaAs基半导体激光器,其开始发光的过程同步于其电容由正转变为负的过程。进一步实验结果表明,GaN基半导体激光器比GaAs基半导体激光器具有更大的串联电阻和更大的理想因子。这是由于GaN基激光器的器件工艺不够完善以及外延生长的GaN材料具有很大的位错密度。该研究为提高和改善GaN基激光器的性能提供了必要的依据以及理论指导。