200K高特征温度的1.3μm AlInGaAs应变单量子阱激光器

在20-80℃范围内连续工作条件下,非对称波导层结构的1.3μm AlInGaAs/AlInAs单量子阱激光器的特征温度为200K,这是目前国内报道的相同有源材料、相同发射波长的激光器中最高的特征温度值。因此AlInGaAs是长波长光纤激光器的理想有源区材料,研究表明非对称波导结构能降低光吸收,提高激光器的高温特性和COD阈值。     

808 nm大功率无铝有源区非对称波导结构激光器

采用分别限制非对称波导结构,将光场从对称分布变为非对称分布,降低了载流子光吸收损耗,并允许p型区具有更高的掺杂水平,从而使器件电阻降低.对GaAsP/GaInP张应变单量子阱(SQW)非对称波导结构激光器的光场特性进行了理论分析,设计了波导层厚度,并制作了波长为808 nm的无铝有源区大功率半导体激光器.器件综合特性测试结果为:腔长900μm器件的阈值电流密度典型值为400 A/cm2,内损耗低至1.0 cm-1;连续工作条件下,150μm条宽器件输出功率达到6 W,最大斜率效率为1.25 W/A.器件激射波长为807.5 nm,平行和垂直结的发散角分别为3.0°和34.8°.20~70℃范围内特征温度达到133 K.结果表明,分别限制非对称波导结构是降低内损耗,提高大功率半导体激光器特性的有效措施.     

高功率1060 nm半导体激光器波导结构优化

针对高功率1060 nm半导体激光器的外延结构,分析了影响器件功率进一步提高的原因.根据分析,优化了激光器的量子阱结构和波导结构,并理论模拟了波导宽度对模式和输出功率的影响.根据不同模式的光场分布,对量子阱有源区的位置进行了优化,并设计了非对称、宽波导结构.对不同模式的限制因子进行了计算,结果表明,优化后的非对称波导结构能够在降低基模的限制因子的同时,增加高阶模式的损耗.     

InGaAs／AlGaAs单量子阱激光器低阈值激射

研制了InGaAs/AlGaAs SQW激光器,对其工作特性如阈值电流密度、激射波长、特征温度、远场分布等进行了研究. 用MOCVD方法生长制备了InGaAs/AlGaAs分别限制单量子阱结构材料,得出其各层组分和能带分布.首先在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层和AlGaAs波导层,然后生长窄能带的AlGaAs量子阱势垒层,再继续生长InGaAs量子阱有源区.其后继续生长AlGaAs势垒层、高Al组分AlGaAs波导层和GaAs高掺杂欧姆接触层.我们发现在低温范围里(160 K～220 K)阈值电流密度随温度升高而减小,与普通量子阱激光器正相反,表现出负的特征温度.随着温度进一步提高,阈值电流密度表现出指数式增大.300 K下腔长2000 μm的激光器最低的阈值电流密度约为200 A/cm2.(OD7)     

1.3μm波段单横模大功率输出量子点激光器

为了制备大功率、单横模输出的量子点激光器,对有源多模干涉波导结构进行了研究。通过优化器件结构设计,采用1×1型有源多模干涉波导结构,以均匀多层InAs/InGaAs/GaAs量子点材料作为有源区,制备了1.3μm波段的有源多模干涉结构量子点激光器。连续电流注入条件下的测试结果表明,与传统的均匀波导结构器件相比,有源多模干涉结构器件具有更低的串联电阻和更好的散热性能;在连续电流为0.5A的小注入情况下,器件的输出功率可达114mW、中心波长为1332nm。结果表明,有源多模干涉结构器件是制备大功率、单横模输出光发射器件的一种有效的器件结构。     

1.3μm波段单横模大功率输出量子点激光器

为了制备大功率、单横模输出的量子点激光器,对有源多模干涉波导结构进行了研究。通过优化器件结构设计,采用1×1型有源多模干涉波导结构,以均匀多层InAs/InGaAs/GaAs量子点材料作为有源区,制备了1.3μm波段的有源多模干涉结构量子点激光器。连续电流注入条件下的测试结果表明,与传统的均匀波导结构器件相比,有源多模干涉结构器件具有更低的串联电阻和更好的散热性能;在连续电流为0.5A的小注入情况下,器件的输出功率可达114mW、中心波长为1332nm。结果表明,有源多模干涉结构器件是制备大功率、单横模输出光发射器件的一种有效的器件结构。     

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。     

LP-MOVPE生长宽波导有源区无铝单量子阱激光器

介绍了无铝激光器的优点,利用LP-MOVPE生长出宽波导有源区无铝SCH-SQW结构激光器.该结构采用宽带隙InGaAlP作限制层,加宽的InGaP作波导层,增加对载流子和光子的限制作用,以克服有铝激光器易氧化和全无铝激光器载流子易泄漏的缺点.制作的条宽100μm、腔长1mm的激光器(腔面未镀膜),激射波长为831nm,室温连续输出光功率达1W.     

高功率980nm非对称宽波导半导体激光器设计

设计了980nm非对称宽波导InGaAs/InGaAsP量子阱激光器,并在结构中插入电流阻挡层,有效地阻止载流子的泄露。用LASTIP软件对980nm非对称宽波导量子阱激光器进行理论模拟,与传统的980nm对称宽波导量子阱激光器相比,非对称宽波导量子阱激光器波导和量子阱之间有更小的能带差,非对称宽波导结构具有更低的阈值电流,更高的斜效率以及更低的阻抗,所以带有电流阻挡层的980nm非对称宽波导InGaAs/InGaAsP量子阱激光器有更高的光电转换效率和输出功率。     

LP-MOVPE生长宽波导有源区无铝单量子阱激光器

介绍了无铝激光器的优点 ,利用 L P- MOVPE生长出宽波导有源区无铝 SCH- SQW结构激光器 .该结构采用宽带隙 In Ga Al P作限制层 ,加宽的 In Ga P作波导层 ,增加对载流子和光子的限制作用 ,以克服有铝激光器易氧化和全无铝激光器载流子易泄漏的缺点 .制作的条宽 10 0 μm、腔长 1mm的激光器 (腔面未镀膜 ) ,激射波长为831nm,室温连续输出光功率达 1W.     

非对称异质波导半导体激光器结构

提出了一种非对称异质波导半导体激光器外延结构,即通过优化选择材料体系和结构厚度,对器件外延层的P侧限制结构和N侧限制结构分别设计,从而降低器件的电压损耗,使其满足高输出功率以及高的电光转换效率的要求.从载流子的输运和限制等微观机制出发,对器件的主要输出特性进行了理论分析和数值模拟,并以此为根据设计和制作了一种1060 nm In Ga As/Ga As单量子阱非对称异质波导结构半导体激光器,并对器件的主要输出特性进行了测试.实验结果表明,非对称异质结构是降低器件的电压降、增大限制结构对注入载流子的限制,提高半导体激光器电光转换效率的有效措施.     

高功率793 nm半导体激光器

针对掺铥光纤激光器泵浦源的需求,研制了波长为793 nm的高功率半导体激光芯片和尾纤耦合模块。激光器外延采用了非对称大光腔的波导结构,降低了模式损耗,波导采用无铝的GaInP材料,结合真空解理钝化工艺提高了腔面损伤阈值。通过外延结构和腔面镀膜的优化,研制的激光器单管输出功率达到12 W@11A,在输出功率8 W时通过了300 h老化测试。采用7只单管制备了尾纤耦合模块,耦合至100 μm NA.0.22光纤中,输出功率为40 W@7A,电-光效率为49.5%@40 W。     

生长停顿对量子点激光器的影响

在ＩｎＡｓ自组织量子点的ＧａＡｓ覆盖层中引入生长停顿,将这种量子点结构作激光器的有源区,与不引入生长停顿的量子点激光器进行对比后发现：生长停顿可以降低激光器的阈值电流,提高其特征温度,改善激光波长的温度稳定性。简单的分析表明,量子点中的能带填充效应影响了激光波长的温度特性。     

质子轰击条形GaAs—Al_(0.3)Ga_(0.7)AsDH激光器的增益特性

一、引言在半导体激光器的各种特性和参数中,最经常遇到的测量是阈电流密度和微分量子效率,它们是表征器件性能的最重要的参数之一。激光器有源区中,光增益达到谐振腔总损失时,激光器便建立了受激光振荡。注入式激光器的光增益是由正向注入电流产生,光增益是表示通过单位长度有源材料光子能量的相对增加量,它与材料的带尾结构、导带电子的分布和晶体的完整性或缺陷等有关,增益特性还与异质结界面的晶格匹配、有源区少子注入效率、器件结构等有关。激光器的光增益特性直接影响着阈电流密度的大小,此外激光器波导和谐振腔总损耗的大小,也直接影响激光器的阈电流密度和微分量子效率。通过对激光器增益特性的测量可以检定有区材料的性能、波导谐振腔的质量和界面的好坏。     

国内大功率半导体激光器研究及应用现状

近年来,国内外在大功率半导体激光器方面的研究均取得了很大的进展。其中,大功率半导体激光器列阵的研究和应用成为最大的亮点,如超高电光转换效率、高亮度和高可靠性等主要光电特性均实现了巨大的突破。针对国内大功率半导体激光器主要研究内容和关键技术进行了总结,在外延片结构中广泛采用应变量子阱结构、无铝有源区宽波导大光腔结构及非对称波导结构来提高端面光学灾变损伤光功率密度,还从腔面光学膜、器件封装、器件可靠性、光束整形与耦合以及器件应用等几个方面给予介绍。     

1310nm大功率低噪声DFB激光器设计

对工作波长为1 310nm的大功率低噪声DFB激光芯片结构进行了优化设计。分别对具有相同非对称分别限制层(SCH)外延层的掩埋异质结构(BH)和脊波导结构(RWG)进行了建模仿真。计算结果表明:非对称SCH结构较对称SCH结构,可明显提高激光输出功率;相比于RWG结构,BH结构对载流子有更好的限制作用,从而降低相对强度噪声(RIN)。优化设计后的DFB激光器输出功率高达207mW@600mA,斜率效率为0.36W/A,边模抑制比为50dB,在1~30GHz范围内,激光器的相对强度噪声小于-160dB/Hz。     

AlInGaAs/AlGaAs应变量子阱增益特性研究

采用Shu Lien Chuang方法计算了AlInGaAs/AlGaAs应变引起价带中重、轻空穴能量变化曲线,在Harrison模型的基础上详细地计算了AlInGaAs/AlGaAs和GaAs/AlGaAs量子阱电子、空穴子能级分布并且进一步研究了这两种材料在不同注入条件下的线性光增益.进一步计算比较可以得出AlInGaAs/AlGaAs应变量子阱光增益特性要优于GaAs/AlGaAs非应变量子阱增益特性,因此AlInGaAs/AlGaAs应变量子阱半导体材料应用于半导体激光器比传统GaAs/AlGaAs材料更具优势.     

有铝激光器和无铝激光器特征温度对比研究

为了测量两种有源区材料半导体激光器的温度灵敏度,文中对InGaAsP/GaAs无铝和AlGaInAs/AlGaAs/GaAs有铝的808 nm大功率半导体激光器,采用阈值电流法衡量两种有源区材料激光器的特征温度。在各种温度下实验性地测量激光器的P-I曲线,并采用线性拟合法得到阈值温度线性关系,实验结果表明有铝激光器温度性能明显优于无铝激光器。     

AlInAs氧化物限制1.3μm低阈值边发射激光器

研究制作了一种利用AlInAs氧化物作为限制的1.3μm边发射AlGaInAs多量子阱激光器.有源层上方和下方的AlInAs波导层被氧化作为电流限制层.这种结构提供了良好的侧向电流限制和光场限制.当电流通道为5μm宽时,获得了12.9mA的阈值电流和0.47W/A的斜率效率.与具有相同宽度的脊条的脊波导结构的激光器相比,这种AlInAs氧化物限制的激光器的阈值电流降低了31.7%,斜率效率稍微有所提高.低阈值和高效率的特性表明,氧化AlInAs波导层能够提供良好的侧向电流限制.这种AlInAs氧化物限制的激光器垂直方向的远场半高全宽角为36.1°,而水平方向的是21.6°,表明AlInAs氧化物对侧向光场也有很强的限制能力.     

1550 nm大功率低噪声分布反馈激光器芯片设计

设计了一种1550 nm波长分布反馈(DFB)激光器芯片,分析了有源区材料和波导结构对芯片参数的影响.分析了影响输出功率和相对强度噪声(RIN)的因素,并进行了实验对比.通过对芯片材料结构和波导结构的优化设计提升了芯片效率、降低了RIN;通过优化腔长与量子阱总增益之间的匹配参量及对光波导的优化设计,提高了芯片注入饱和点;通过提升注入水平提高了芯片输出功率.芯片测试结果显示,25℃时阈值电流为13 mA,斜率效率为0.38 W/A,输出功率为102 mW@300 mA,边模抑制比为51 dB@50 mW,RIN为-160 dB/Hz@300 mA.该芯片具备高输出功率、低RIN、低阈值电流、高斜率效率的特点.