940nm应变量子阱激光器的热特性研究及工艺改进

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:castle0611
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光纤激光器作为光通信、传感和加工等领域的重要激光光源,其工作条件需要在高功率光源的激励下形成激光工作物质的能级粒子数反转。半导体激光器作为光纤通讯系统唯一的实用化光源,其泵浦效率受到光纤工作物质中掺杂离子吸收频带匹配的限制。目前掺臆Yb3+光纤以其优越性能成为应用的主流,其最强的吸收峰在976nm附近,然而由于吸收峰非常尖锐,对于波长偏移吸收转变很大,因此对波长和带宽的要求都很严格。940nm附近的吸收峰具有较高的吸收带宽,在高掺杂浓度下不会出现浓度淬灭现象,使得940nm半导体激光器成为掺臆Yb3+光纤泵浦源的最佳选择。双量子阱激光器比单量子阱具有更高的输出功率和电光转换效率,比多量子阱激光器又具有更低阈值电流和更好的热特性;InGaAs作为量子阱材料比AIGaAs/GaAs量子阱更能承受有源区压应力,且载流子复合产热更低,更有利于提高器件的特性能。本文结合以上两点,制备了940nm波长InGaAs双量子阱半导体激光器,镀膜前获得脉冲12W的稳定输出功率,斜率效率最高达到0.72W/A,阈值电流均小于1A,水平发散角6°,垂直发散角22°,光谱宽4.8nm;镀膜后输出功率提升至14.5W,斜率效率达到0.98W/A,阈值电流均小于1A。具体研究工作如下:第一,在对大功率半导体激光器的激射原理做详细研究的基础上,对设计有InGaAs双量子阱结构的940nm半导体激光器进行了热分布模拟。第二,结合对940nm半导体激光器衬底热特性研究的基础上,通过实验探究了器件的实际温度特性。第三,在传统大功率半导体激光器的工艺基础上,针对940nm的特定工艺进行研究改进和完善,包括湿法腐蚀溶剂对腐蚀速率和深度的影响、条形腐蚀深度对器件性能的影响、衬底减薄减小键合应力以及电极生长厚金防止电极材料脱落等。第四,以最优设计和最佳工艺条件成功制备了940nm大功率半导体激光器,测试评估了器件各方面性能,达到国内领先水平第五,进一步探究了测试过程本身对器件的影响,提出了测试热弛豫时间的概念,有助于更加准确评估器件性能。
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