900nm三叠层隧道级联激光器的结构优化研究

采用金属有机化合物气相淀积方法生长了900nm的三叠层隧道级联激光器。针对隧道级联激光器存在工作电压高、材料各层的光场耦合等问题,分别采用δ掺杂、扩展波导等技术对激光器结构进行了优化,并通过模拟计算对隧道结耗尽区宽度进行了优化。通过优化隧道结δ掺杂的生长条件,得到n+GaAs的掺杂浓度大于1×1019/cm3,使工作电压下降1V;通过采用扩展波导,使垂直发散角由常规结构的35°减小到20°。将900nm的三叠层隧道级联激光器制作成条宽300μm、腔长800μm的条形激光器,采用同轴封装形式,在20A的脉冲工作电流下,输出功率达到55W,斜率效率达到2.9W/A,以上指标是普通激光器的3倍。     

室温激射应变补偿5.5μm量子级联激光器

利用应变补偿和优化波导结构来提高量子级联激光器的性能,实现了波长为5.5μm量子级联激光器的室温激射.利用双晶X射线衍射实验对材料生长质量进行了检验.对于条宽为20μm,长为2mm的脊形波导激光器,室温最大输出功率为单腔面45mW.     

室温激射应变补偿5.5μm量子级联激光器

利用应变补偿和优化波导结构来提高量子级联激光器的性能,实现了波长为5.5μm量子级联激光器的室温激射.利用双晶X射线衍射实验对材料生长质量进行了检验.对于条宽为20μm,长为2mm的脊形波导激光器,室温最大输出功率为单腔面45mW.     

Room Temperature Operation of Strain-Compensated 5.5μm Quantum Cascade Lasers

利用应变补偿和优化波导结构来提高量子级联激光器的性能，实现了波长为5.5μm量子级联激光器的室温激射. 利用双晶X射线衍射实验对材料生长质量进行了检验. 对于条宽为20μm，长为2mm的脊形波导激光器，室温最大输出功率为单腔面45mW.     

激光雷达用大功率小发散角脉冲激光器

研发了小发散角的900 nm波长四叠层隧道结大功率脉冲激光器芯片,设计了大出光面的四叠层材料结构。对比常规的三叠层隧道结激光器,该结构在垂直方向发散角减小的同时,斜率效率和功率均有大幅提升。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法实现外延材料的生长,通过半导体激光器制作工艺制成条宽为220μm、腔长为800μm的脉冲激光器芯片,再封装成器件并对其进行测试。测试结果表明,在25℃下,脉冲宽度为100 ns、重复频率为10 kHz、电流为50 A时,激光器输出功率可达150 W,此时远场的垂直发散角为22°。     

940nm大功率半导体激光器后工艺优化

波长为940nm的大功率半导体激光器是基于Yb∶YAG激光器的重要泵浦光源。为了制备高输出功率的940nm半导体激光器,基于非对称超大光腔波导外延结构,对芯片后制备工艺进行了优化。在芯片的侧向,引入了隔离双沟结构,以实现对侧向电流扩展的有效抑制,从而提高器件的性能。通过优化双沟的间距和深度,并结合长腔长结构,制备的940nm半导体激光器在室温且未采取任何主动散热的条件下,最高出光功率达到20.3W。     

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.     

红光GaInP/AlGaInP正方形微腔激光器

利用普通光刻和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术制作了红光GaInP/AlGaInP正方形微腔激光器,光功率电流曲线表明,器件实现了200 K的低温激射。对边长为10μm、输出波导长为30μm的正方形微腔激光器,室温测量得到的纵模模式间距为1.3 nm,所对应的是由输出波导和正方形腔组成的F-P腔的F-P模式。采用二维时域有限差分法(FDTD),模拟研究了侧壁粗糙对正方形腔模式品质因子的影响。     

大功率量子级联激光器的光学与热学协同优化设计北大核心CSCD

针对大功率量子级联激光器存在热积累严重的问题,本文基于MBE与MOCVD结合的二次外延生长InP基量子级联激光器结构的工艺方法,设计优化中波单管4W连续光输出的大功率量子级联激光器光学与散热性能。通过COMSOL软件对器件结构进行建模,设计器件光学和热学结构模型,分析不同结构参数对器件性能的影响,得到最优结构参数:在In053Ga047As层厚度为50nm,波导下包层InP为1μm,上包层InP为2μm,封装金层厚度为3μm时,器件光学和热学综合性能最优,其中波导光限制因子为074,核心区温度为378 K。本文研究相关结论可为后续大功率中波量子级联激光器结构与工艺设计提供指导。     

单模太赫兹量子级联激光器

为了获得窄线宽太赫兹光源,制作了基于表面金属光栅的单模太赫兹量子级联激光器。通过优化光栅结构,获得了具有较强耦合效率和较低损耗的光栅结构参数。波导结构采用半绝缘表面等离子体波导以便能获得较高的光输出功率。激光器单模激射波长为95μm。10 K时,器件最高单模输出功率达到了43 m W,单模抑制比为18 d B。单模器件工作温度超过70 K,在70 K时,仍然有5 m W的单模输出功率。这种输出性能良好的激光器有望作为太赫兹接收机的本振源。     

GaN基蓝紫光激光器的材料生长和器件研制

报道了国内首次研制成功的GaN基蓝紫光激光器的材料外延生长、器件工艺和特性.用MOCVD生长了高质量的GaN及其量子阱异质结材料,以及异质结分别限制量子阱激光器结构材料.GaN材料的X射线双晶衍射摇摆曲线(0002)对称衍射和(10(-1)2)斜对称衍射半宽分别为180″和185″;3μm厚GaN薄膜室温电子迁移率达到850cm2/(V·s).基于以上材料,分别成功研制了室温脉冲激射增益波导和脊型波导激光器,阈值电流密度分别为50和5kA/cm2,激光发射波长为405.9nm,脊型波导结构激光器输出光功率大于100mW.     

一种高效率的1060 nm半导体激光器设计

设计了一种高效的1060 nm大功率半导体激光器,该激光器包含有源层、波导层和光限制层。其中有源层采用InGaAs/GaAs量子阱（QW）结构,将该层控制在临界厚度范围内,提高腔内量子效率;波导层采用非故意掺杂GaAs材料非对称大光学腔结构,减小空腔损耗;光限制层采用掺杂的Al0.25Ga0.75As材料形成线性的过渡,以减小串联电阻。应用MOCVD对器件结构进行优化,外延,制作和封装测试,获得功率效率为47.4％的1060 nm半导体激光器。实验结果表明,腔内量子效率达到98.57％,腔损仅为0.273 cm-1。在室温下,QCW脉冲条件下制备的器件具有4 mm腔长和100μm条宽的器件,效率达到47.4％,峰值波长为1059.4 nm。     

大功率670nm半导体激光器的研制

采用低压金属有机化学气相沉积生长了670nm激光器外延片,有源区采用单量子阱结构,阱区、垒区分别为InGaAsP和AlGaInP.利用该外延片制作了带无电流注入区的氧化物条形激光器.激光器腔长为900μm,电流注入区条宽为100μm,两端的无注入区宽度均为25μm.镀膜后器件的阈值电流为0.4A,输出波长670士2nm,最大输出功率为1100mW,水平、垂直发散角分别为8°,40°.表明该种结构可以提高器件的腔面光灾变功率.     

大功率670nm半导体激光器的研制

采用低压金属有机化学气相沉积生长了670nm激光器外延片,有源区采用单量子阱结构,阱区、垒区分别为InGaAsP和AlGaInP.利用该外延片制作了带无电流注入区的氧化物条形激光器.激光器腔长为900μm,电流注入区条宽为100μm,两端的无注入区宽度均为25μm.镀膜后器件的阈值电流为0.4A,输出波长670士2nm,最大输出功率为1100mW,水平、垂直发散角分别为8°,40°.表明该种结构可以提高器件的腔面光灾变功率.     

用于半导体激光器的高效率复合波导结构

提出了一种高电光转换效率的新型复合波导半导体激光器结构（Composite Waveguide LD,CWG LD）。该器件结构高的电光转换效率得益于其所采用的Al组分阶梯分布AlxGa1-xAs波导层。通过优化设计波导层电阻率分布及能带分布,CWG LD结构在保证输出光功率的同时,可以有效地降低器件串联电阻并提高电光转换效率。结合理论分析及计算机数值仿真软件,分析了复合波导提升器件电光转换效率的机理。经优化,在激光器条宽为6 m、腔长为1 000 m的情况下,波导层阶梯数为1时CWG LD结构可以获得最大的电光转换效率。研究结果表明:在注入电流为900 mA时,CWG LD结构的串联电阻由常规波导器件结构的3.51 降低为2.67 ,电光转换效率由54.7%提升至69.5%。     

高效率976nm激光器材料

使用自洽二维数字模拟软件优化半导体激光器的外延结构,对GaInAs/AlGaAs分别限制压应变单量子阱结构进行了模拟,研究了包层和波导层的Al组分对工作电压的影响。根据模拟结果,采用金属有机化学淀积(MOCVD)技术,外延生长了单量子阱976nm激光器材料。利用该材料制作成2mm腔长的连续(CW)单管器件,采用C-mount载体标准封装,并进行了测试。测试结果表明,模拟与实验的结论一致,降低优化包层和波导层的Al组分可以减小工作电压,从而提高了976nm半导体激光器的转换效率。室温下,当工作电流为500A/cm2时,包层和波导层Al组分分别为0.35和0.15时,激光器的工作电压降低为1.63V,使得电光转换效率达到67%。     

高输出功率锥形波导太赫兹量子级联激光器

制作了基于锥形波导结构的高输出功率的太赫兹(THz)量子级联激光器。激光器采用单面金属波导结构,并采用锥形波导形状提高光输出功率,且保证了良好的光斑远场发散角。激光器水平方向远场光斑发散角为18.4?,器件输出中心波长为93 μm(3.23 THz),器件最高输出功率达到了185 mW,最高工作温度为95 K。80 K时,器件的最高脉冲输出功率能达到65 mW。基于如此高的输出功率,制作了液氮杜瓦封装的小型便携式太赫兹激光源。     

大功率670nm半导体激光器的研制

采用低压金属有机化学气相沉积生长了670nm激光器外延片，有源区采用单量子阱结构，阱区、垒区分别为InGaAsP和AlGaInP. 利用该外延片制作了带无电流注入区的氧化物条形激光器. 激光器腔长为900μm，电流注入区条宽为100μm，两端的无注入区宽度均为25μm. 镀膜后器件的阈值电流为0.4A，输出波长670±2nm，最大输出功率为1100mW, 水平、垂直发散角分别为8°, 40°. 表明该种结构可以提高器件的腔面光灾变功率.     

大功率宽面808nm GaAsP/AlGaAs量子阱激光器分别限制结构设计

本文对有源区条宽100μm的GaAsP/AlGaAs 808nm量子阱激光器分别限制结构进行了理论分析和设计.选取了三种情况的波导层和限制层的铝组分,分别计算和分析了波导层厚度与激光器光限制因子、最大出光功率、垂直发散角和阈值电流密度的函数关系.根据计算结果可知:当波导层和限制层铝组分为0.4和0.5时,采用窄波导结构可以获得器件的最大输出功率为11.2W,发散角为19°,阈值电流密度为266A/cm2;采用宽波导结构可以得到器件的最大输出功率为9.4W,发散角为32°,阈值电流密度为239A/cm2.     

大功率宽面808nm GaAsP/AlGaAs量子阱激光器分别限制结构设计

本文对有源区条宽100μm的GaAsP/AlGaAs 808nm量子阱激光器分别限制结构进行了理论分析和设计.选取了三种情况的波导层和限制层的铝组分,分别计算和分析了波导层厚度与激光器光限制因子、最大出光功率、垂直发散角和阈值电流密度的函数关系.根据计算结果可知:当波导层和限制层铝组分为0.4和0.5时,采用窄波导结构可以获得器件的最大输出功率为11.2W,发散角为19°,阈值电流密度为266A/cm2;采用宽波导结构可以得到器件的最大输出功率为9.4W,发散角为32°,阈值电流密度为239A/cm2.