高效率连续1 000 W半导体激光器叠层阵列

采用低压MOCVD外延技术生长的GaInAs/AlGaAs应变量子阱大光腔结构材料结构设计,利用低压MOCVD外延技术生长了3英寸(75 mm)激光器外延片,进而设计制作了976 nm大功率低热阻连续激光器芯片。采用以及高热导率的无氧铜材料设计制作了大功率微通道热沉,采用In焊料芯片倒装烧结工艺,制作了976 nm连续激光器阵列单条。在20℃水冷条件下,输入电流120 A,工作电压1.51 V,输出功率达到118 W,电光功率转换效率约65%。将10只微通道阵列单条堆叠组装,制作了连续1 000 W微通道叠层阵列。在20℃水冷条件下,输入电流120 A,输出功率达到1 130 W,工作电压1.45 V,电光功率转换效率约65%。     

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。     

高功率高可靠性9XX nm激光二极管

为了提高半导体激光二极管的输出功率和可靠性,通过在有源区两侧势垒层和波导层之间引入高禁带宽度的GaAsP,抑制有源区载流子的泄漏,极大地改善了器件的性能。研究结果表明:在10~40℃温度范围内器件特征温度从原来的150 K提高至197.37 K(-75.76℃),峰值波长随温度的漂移系数为0.207 nm/℃;条宽200μm、腔长2000μm的9XX nm激光二极管可靠性工作的最大输出功率高达14.4 W;器件在注入电流为7 A时取得71.8%的最大电光转换效率,斜率效率为1.21 W/A。器件在恒定电流下的加速老化测试显示激光二极管可靠性工作寿命达2000 h以上。     

976 nm高效率半导体激光器

976 nm高效率半导体激光器是这几年研究的热点,在固体激光器泵浦领域有广阔的应用。通过优化半导体激光器材料外延结构中包覆层和波导层的铝组分,降低了工作电压;通过采用微通道水冷系统,并进行优化降低了热阻,从而提高了室温下的电光转换效率。25℃室温连续测试条件下,1 cm的线阵列(巴条),2 mm腔长,50%填充因子,在110 A下,出光功率为114.2 W,电压为1.46 V,电光转换效率为71%。15条微通道封装成的垂直叠阵,进行光束整形后,获得了室温976 nm连续输出功率1 500 W,电光转换效率大于70%。     

具有一级光栅的980nm大功率宽条分布反馈激光器

为了达到较高的泵浦效率及波长稳定性,制备了980nm宽条形分布反馈半导体激光器。利用纳米压印技术制备了周期为148nm的一级内置光栅。器件发光条宽为90μm,腔长为2mm。在连续工作条件下,器件的最大输出功率达到1.2W以上,斜率效率为0.7W/A,中心波长随电流和温度的漂移系数分别降至0.19nm/A和0.064nm/K,波长锁定的温度范围达到50℃。     

大功率高效率2μm锑化镓基量子阱激光器（英文）

通过MBE外延系统生长了2μmGaSb基AlGaAsSb/InGaSbI型量子阱激光器,并制备了宽面条形波导激光器件,在20℃工作温度下,器件最大连续激射功率达到1.058W,当注入电流为0.5A时,峰值波长为1.977μm,最大能量转换效率为20.2%,在脉冲频率为1000Hz,占空比为5%的脉冲工作模式下,最大激射功率为2.278W.     

大功率高效率2μm锑化镓基量子阱激光器

通过MBE外延系统生长了2微米GaSb基AlGaAsSb/InGaSb I型量子阱激光器,并制备了宽面条形波导激光器件,在20℃工作温度下,器件最大连续激射功率达到1.058W,当注入电流为0.5A时,峰值波长为1.977μm,最大能量转换效率为20.2%,在脉冲频率为1000Hz,占空比为5%的脉冲工作模式下,最大激射功率为2.278W.     

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%。     

800～1500nm光纤耦合多模泵浦模块与宽接触半导体激光器的进展

介绍了波长为8xxnm,9xxnm和14xxnm的光纤耦合泵浦模块与宽接触半导体激光器的最新进展。发射波长808nm,出光孔径为200μm的宽接触半导体激光器,连续输出功率11W,脉冲输出功率30W,可以被直接使用。应用于打印领域、发射波长830nm的泵浦模块展现了优良的特性,在连续功率为1W时,功率稳定范围为2%,95%的功率可以耦合到数值孔径为0.12,芯径为50μm的光纤中。发射波长为808nm,应用于泵浦的宽接触半导体激光器最高功率为18W,电光转换效率为64%。9xxnm泵浦模块的其中一项改进是内置反馈保护（在1060nm时〉30dB）,由此可以保证光纤激光器的峰值功率在千瓦以上时,该模块可以安全运行。对于出光孔径100μm,发射波长为14xxnm的宽接触半导体激光器,输出功率为3W,斜率效率0.64W/A,电光转换效率46%。     

高可靠性瓦级660nm半导体激光器研制

利用Zn扩散形成非吸收窗口的技术,制备了大功率660nm半导体激光器。在芯片窗口区用选择性扩Zn方式,使得窗口区有源层发光波长蓝移了61nm,有效降低了腔面的光吸收。制备的激光器芯片有源区条宽为150μm,腔长为1000μm,p面朝下用AuSn焊料烧结于AlN陶瓷热沉上。封装后的器件最高输出功率达到了4.2 W,并且没有出现灾变性光学腔面损伤的现象。半导体激光器的水平发散角为6°,垂直发散角为39°,室温1.5A电流下的激光峰值波长为659nm。使用简易的风冷散热条件,在1.5 A连续电流下老化10只激光器,4000h小时仍未出现失效现象。可见,所制备的660nm半导体激光器在瓦级以上功率连续输出时同时具有可靠性高及使用成本低的优势。     

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。     

808nm准连续600W高功率半导体激光芯片研制

通过设计极低损耗808nm半导体激光芯片外延结构,实现腔内损耗小于0.5cm~(-1)。采用该高效率外延结构研制出高峰值功率808nm巴条芯片,巴条的填充因子为85%,包含60个发光点,发光区宽度为140μm,腔长为2mm。在驱动电流为500A,脉冲宽度为200μs,重复频率为400 Hz,占空比为8%的工作条件下,该芯片的准连续(QCW)峰值输出功率为613 W,斜率效率达1.34 W/A,峰值波长为807.46nm,光谱半峰全宽为2.88nm。任意选取5只芯片,在准连续300 W(占空比8%)条件下进行了寿命验证,芯片寿命达到3.63×109 shot,定功率300W下电流变化小于10%,达到商业化水平。     

140W高功率非对称宽波导980nm半导体激光器

为了提高半导体激光器(LD)的出光功率,优化了P型波导层以及限制层的厚度。将光场的对称分布变成非对称分布,降低了有源区的光限制因子,从而降低了器件腔面的功率密度,避免器件出现腔面灾变损伤(COD);提高LD的电光转换效率,减小器件的散热路径,降低器件的热阻,从而有效抑制了器件的热饱和。设计并制作了非对称宽波导980 nm高功率LD。器件的综合测试性能为:当器件的注入电流为161 A时,器件的输出功率达到139.6 W,对应的斜率效率、电压和电光转换效率分别为0.91 W/A、1.79 V和48.4%。     

微通道散热大功率半导体激光器研究

基于GaInAs/AlGaAs应变量子阱大光腔结构激光器芯片和无氧铜微通道热沉,采用In焊料烧结工艺,制作了976nm大功率连续激光器单条。在20℃热沉冷却条件下,输入电流110A时,输出功率104.9W,电光转换效率达到最大值64%。输入电流300A时,输出功率276.6W,电光转换效率达到54.2%。对激光器单条的热阻以及特征温度进行了测试分析,根据分析结果模拟了激光器单条在大电流下的输出特性,模拟结果显示热饱和是限制激光器最大输出功率的原因。因此,为了提高大功率激光器的输出功率,需要进一步提高激光器的特征温度,并降低热阻以改善散热情况。     

高效率大功率连续半导体激光器

从大功率半导体激光器的工作机理出发,对影响激光器电光转换效率的主要因素,如激光器的斜率效率ηd、阈值电流Ith、开启电压V0、串联电阻Rs以及工作电流I等进行了分析,进而讨论了提高电光转换效率的主要技术途径。通过对应变量子阱大光腔激光器外延材料开启特性的优化、大功率激光器芯片横向限制工艺的改进以及对大功率微通道热沉制作等技术的研究,制作了808nm连续半导体激光器阵列。在工作电流140A时,阵列工作电压为1.83V,输出功率145W,电光转换效率达到56.6%。     

高可靠性大功率808 nm半导体激光器

研制了一款基于AlGaInAs/AlGaAs应变补偿量子阱大光腔结构的808 nm半导体激光器.采用金属有机物化学气相沉积方法外延生长,在超高真空环境下进行圆片解理,然后原位沉积钝化膜,最后在镀膜机内沉积增透膜和高反膜,避免了激光器腔面在空气中解理容易使其被空气中的氧和碳等杂质污染.对封装好的半导体激光器进行了电光特性测试.测试结果表明,器件的波导宽190 μm、腔长4 mm,25℃时的阈值电流为1.5A,12 A直流驱动下的输出功率达到12.47W,最高电光转换效率为61.3％,腔面没有出现灾变性光学烧毁.器件的快轴发散角为28°,慢轴发散角为8°.器件在45℃、14A的驱动电流下工作8000 h没有失效,并由此推算器件在25 ℃、12A的恒流驱动下,寿命大于100000 h.     

高工作温度抽运用大功率激光二极管研究

理论分析了工作温度对大功率激光二极管的工作波长、电光效率和器件寿命等的影响,采用波长补偿、高特征温度无铝材料设计外延和一体化烧焊等技术,设计制作了808 nm准连续波(QCW)高温激光器阵列。在热沉温度70℃的工作条件下,80 A单条输出功率大于65 W,20℃~70℃范围内特征温度T0达到145 K。10叠层阵列电光效率达到53%,工作寿命大于109次脉冲。     

100lm/W照明用LED大功率芯片的产业化研究

本研究基于蓝宝石图形衬底（PSS）制备GaN基40mil功率型LED芯片,结合版图的优化,改善了电流扩展效应,系统研究了LED器件的光电性能。制备的LED外延片波长集中在6nm范围内,半峰宽接近20nm,LED功率型芯片使用优化的版图设计,在0.01mA下有良好的点亮效果,没有暗区,器件在350mA下发光效率达104 lm/W,并能够满足3W的应用市场,此外,器件具有良好的可靠性和稳定性,350mA和700mA下老化1,000hr光衰分别为-0.4%和2.8%,并成功解决了产业化的关键技术。     

60%电光效率高功率激光二极管阵列

设计并制备了980 nm高量子效率和极低光损耗的激光二极管(LD)外延材料和器件.微通道封装1 cm激光二极管阵列在连续(CW)工作条件下最大电光效率达到60.0%,相应的斜率效率和输出光功率分别为1.1W /A和38.2 W.测试得到外延材料的内损耗系数和内量子效率分别为0.58 cm-1和91.6%.测试分析表明,器件电光效率的提高主要在于新型的InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱和大光腔结构设计.     

大功率808 nm分布反馈激光器阵列研制

为了提高808 nm大功率半导体激光器阵列的波长稳定性,提出了带有二阶布拉格光栅的大功率宽条型808 nm分布反馈激光器阵列。相比于传统的一阶布拉格光栅,其可以显著抑制简并纵模的产生,提高器件的波长锁定范围。借助于金属有机化学气相沉积、全息光刻、干法刻蚀以及湿法腐蚀等工艺,完成了器件的制备,并且在准连续条件（200 A、200μs、20 Hz）下,对所制备的激光器阵列进行了不同温度下的性能测试。测试结果表明：器件峰值输出功率可达到190 W,光电转换效率超过55%,光谱半高宽为0.6 nm,温漂系数为0.06 nm/K,波长锁定范围达到125℃（-35～90℃）。另外,对其进行了老化考评,结果显示,老化2 000 h后峰值功率衰减小于4%。