光纤合束器的制作工艺及其应用

对光纤合束器的主要制作工艺进行了探讨,并介绍了光纤合束器在高功率全光纤激光器和光纤放大器中的应用。     

单面键合面发射激光器的研制与分析

键合长波长垂直腔面发射激光器(VCSEL)的研制对于光通信的发展具有重要意义,可以有效克服传统外延生长方法的诸多难題.文章通过对布喇格反射镜、有源区和光学腔的设计,结合键合技术进行工艺设计,研制出单面键合长波长垂直腔面发射激光器,并对器件进行了光泵浦测试与分析.器件的光泵激射证明结构及工艺设计是合理的,键合后的界面可以承受腐蚀、剥离、氧化等后续工艺,且键合界面未对器件光学性能造成明显不良影响.     

表面活化处理在激光局部键合中的应用

为了研究低热应力键合工艺,提出了一种将表面活化直接键合与激光局部键合相结合的键合技术。首先采用RCA溶液对键合片进行表面亲水活化处理,并在室温下成功地完成了预键合。然后在不使用任何夹具施加外力辅助的情况下,利用波长1064nm、光斑直径500μm、功率70W的Nd:YAG连续式激光器,实现了激光局部键合,并取得了6.3MPa~6.8MPa的键合强度。结果表明,这种以表面活化预键合代替加压的激光局部键合技术克服了传统激光键合存在的激光对焦困难,以及压力不匀易损害键合片和玻璃盖板等缺点,同时缩短了表面活化直接键合的退火时间,提高了键合效率。     

减小键合应力改进(GaAl)As可见光(740nm)激光器寿命

业已证明将顶层和衬底厚度调整到一适当值,可减小因键合工艺而引起的有源层应力。激射波长为740nm的(GaAI)As V形沟道衬底内部条形激光器在50℃的寿命试验说明:采用厚顶层(～40μm)和减薄了的衬底(～80μm)使其寿命得到很大改进。     

应用晶片键合技术制作激光器

针对于普通外延生长GaAs衬底激光器材料中存在的位错严重、热胀系数不匹配等问题,总结了国外键合工艺,将其应用于发光波长为850nm的AlGaAs脊波导量子阱激光器的制造,并提出了键合过程中各项关键步骤应注意的问题和解决方法.     

InP材料直接键合技术

研究了InP/InP的直接键合技术,给出了详细的InP/InP键合样品的电特性随健合工艺条件变化的数据,在低于650℃的键合温度下实现了InP/InP大面积的均匀直接键合,获得了与单晶InP衬底相同的电特性和机械强度.在器件的键合实验中也获得了成功,在InGaAsP/InP多量子阱激光器结构的外延面上键合p-InP衬底后制作的激光器激射特性良好.     

微加工工艺应力的喇曼在线测量

针对微加工工艺过程造成的残余应力,文中提出了喇曼在线测量方法,并对最常用的三种微加工工艺:淀积、腐蚀或刻蚀及键合进行了喇曼在线测量.测量结果与理论分析相符,淀积工艺中,氮化硅对硅片造成的残余应力比氧化硅造成的大,且氧化硅在硅衬底上形成的残余应力是压应力,氮化硅形成的是张应力;刻蚀工艺和键合工艺对硅片造成了相对较大的应力分布,且都为张应力,最大值超过300MPa.     

微加工工艺应力的喇曼在线测量

针对微加工工艺过程造成的残余应力,文中提出了喇曼在线测量方法,并对最常用的三种微加工工艺:淀积、腐蚀或刻蚀及键合进行了喇曼在线测量.测量结果与理论分析相符,淀积工艺中,氮化硅对硅片造成的残余应力比氧化硅造成的大,且氧化硅在硅衬底上形成的残余应力是压应力,氮化硅形成的是张应力;刻蚀工艺和键合工艺对硅片造成了相对较大的应力分布,且都为张应力,最大值超过300MPa.     

高功率光纤激光器功率合束器的研究进展(特邀)

光纤功率合束器是实现高功率光纤激光的核心元器件,可将多个中等功率的光纤激光器进行功率合成,以获得更高功率的光纤激光输出,解决单根光纤激光器功率进一步提升所遇到的瓶颈问题。文中综述了光纤激光功率合束器的基本结构和国内外研究现状,阐述了光纤功率合束器的工艺制作流程以及工艺难点,针对现存问题及今后的研究方向提出了建议。     

InP材料直接键合技术

研究了 In P/In P的直接键合技术 ,给出了详细的 In P/In P键合样品的电特性随健合工艺条件变化的数据 ,在低于 6 5 0℃的键合温度下实现了 In P/In P大面积的均匀直接键合 ,获得了与单晶 In P衬底相同的电特性和机械强度 .在器件的键合实验中也获得了成功 ,在 In Ga As P/In P多量子阱激光器结构的外延面上键合 p- In P衬底后制作的激光器激射特性良好 .     

单模小发散角免键合激光器芯片的研制

传统激光器由于封装键合工艺的要求,需要较大的芯片电极面积,限制了器件尺寸进一步小型化。量子尺寸的衍射效应使量子阱半导体激光器的垂直结平面发散角较大,不利于光束整形,限制了半导体激光器的直接应用。为解决这些问题,采用加入模式扩展层的光波导结构,将垂直发散角由40°减小到22°左右;采用p与n电极同面的脊波导结构,可将激光器同载体直接烧结,无需键合工艺,减小了电极面积,进而缩小了芯片尺寸。25℃,60mA注入电流下进行测试,阈值电流Ith≤10mA,输出功率P约为55mW。     

板条状高平均功率Nd：YAG激光器研究

本文对板条状固体激光器进行了分析。讲述了板条状激光器原理及特性。给了理想情况下的板条介质温度和应力分布。在实验上,对板条状激光器的设计和工艺进出行了研究。在国内首先实现输出平均功率大于350W的高平均功率的长时间运转。     

应用于光互连的金属限制介质辅助键合III-V/硅基混合集成激光器

硅基键合III-V 材料激光器,作为互补氧化物半导体(CMOS)兼容硅基光互连系统中的一个关键元件,近年来引起了人们的高度重视并得到了广泛的研究。金属限制结构可以增强器件对光场的限制,提高界面反射率和工艺容差,从而实现小体积低能耗硅片上集成光源。对金属限制介质辅助键合III-V/硅基混合集成激光器进行了研究,介绍了该激光器的基本原理和实验方案,并对制作的不同结构激光器的特性进行了分析,该研究工作的开展将有助于实现III-V/硅基混合集成激光器在低能耗高带宽的硅基光互连中的应用。     

Si/Si直接键合界面热应力模型及模拟

根据Suhir的双金属带的热应力分布理论,建立了Si/Si直接键合界面应力模型,推导出了由于高温引起的正应力、剪切应力和剥离应力的解析方程。并且应用模拟软件Matlab对热应力进行了模拟,直观地表现了键合界面应力的大小及其分布情况,对键合工艺有一定的指导意义。     

不同应力增透膜对半导体激光器性能的影响

采用离子辅助电子束蒸发方法,通过改变制备Al2O3增透膜时基底的温度,在边发射半导体激光器前腔面上分别制备了张应力和压应力增透膜。比较了张应力、压应力两种不同增透膜对半导体激光器性能的影响。结果表明:在10A注入电流下,当半导体激光器的增透膜为张应力状态时,输出功率为8.11W;当半导体激光器的增透膜为压应力状态时,输出功率为7.74W。可见,在半导体激光器前腔面制备张应力增透膜有效地提高了半导体激光器的斜率效率。     

介质辅助键合Ⅲ-Ⅴ/硅基混合集成金属限制激光器

硅基键合Ⅲ-Ⅴ材料激光器,作为互补氧化物半导体(CMOS)兼容硅基光互连系统中的一个关键元件,近年来引起了人们的高度重视并得到了广泛的研究。金属限制结构可以增强器件对光场的限制,提高界面反射率和工艺容差,从而实现小体积低能耗硅片上集成光源。对金属限制介质辅助键合Ⅲ-Ⅴ/硅基混合集成激光器进行了研究,介绍了该激光器的基本原理和实验方案,并对制作的不同结构激光器的特性进行了分析,该研究工作的开展将有助于实现Ⅲ-Ⅴ/硅基混合集成激光器在低能耗高带宽的硅基光互连中的应用。     

以Si为衬底GaAs异质外延工艺及其在半导体激光器中应用的研究进展

本文较系统地评述了 MOCVD 或 MBE 实现以 Si 为衬底 GaAs 异质外延工艺,及其在半导体激光器中应用的研究进展。叙述了以 Si 为衬底异质外延的工艺关键,使用 GaAs/Si 材料制备激光器的发展水平,降低外延层中位错密度和应力可能的方法。最后,介绍了该技术及其用于制备高性能激光器的发展动向。     

中红外激光准相位匹配GaAs晶体的制备工艺

极化方向周期排列的GaAs通过准相位匹配方式能够实现高功率CO2激光器倍频,利用晶片键合技术对GaAs极化方向反转堆叠的制备工艺和键合性能进行研究,采用氢离子轰击的方法去除GaAs表面氧化物,提高光学性能,超高真空中预键合减少界面微气孔密度,退火处理增加键合力,实现了双层GaAs的可靠键合,两层GaAs成为一块单晶结构的整体,利用键合技术获得了大通光孔径、低光学损耗的周期性结构GaAs晶体,为实现高功率CO2激光器倍频提供了途径。     

基于AlxNy绝缘介质膜的新型窗口大功率半导体激光器

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%.     

双面键合长波长垂直腔面发射激光器的制备与分析

研制了双面键合长波长垂直腔面发射激光器(VCSEL),有效克服了传统外延生长方法存在的诸多难题通过对布拉格反射镜、有源区和光学腔的设计,结合键合技术进行工艺设计,于国内首次研制出双面键合长波长VCSEL,并分别采用光泵浦和电泵浦对其进行了测试与分析,测试结果表明结构及工艺设计是合理的,两次键合后的界面可以承受腐蚀、剥离、氧化等后工艺,且键合界面光、电性能良好,未对激光器性质造成明显的不良影响,器件激射波长约为1 273.6 nm,脉冲条件下表现出动态单纵模特性,在仪器测试范围内,20 μm尺寸的器件常温连续工作条件下的最大输出功率为0.16 mW.但P-I曲线的扭折说明器件仍旧存在着较大的热、电阻,需在后续的材料生长及键合技术中进一步优化.