940nm大功率半导体激光器的研究与制备

作     者：王海阔 

作者单位：北京工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李建军

授予年度：2018年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：半导体激光器 大功率 侧向电流扩展 隔离沟道 

摘      要：大功率半导体激光器在光泵浦、医学领域、激光技术、半导体激光打标机、数字通信技术和切割技术等领域中有着重要的应用前景。其中,当940nm半导体激光器作为激励源时,可以使Yb:YAG固体激光器激射的1030nm光波倍频之后产生515nm波长激光,与氩离子激光器的514nm波长非常接近,所以可以取代氩离子激光器。同时,由于940nm半导体激光器用于掺Yb光纤的泵浦源有着很宽的吸收峰,具有明显的温度稳定性优势,它可以在连续输出的环境下稳定工作,因此有着很大的发展潜力。为此大功率半导体激光器得到了不断的应用与开发,而不断提高半导体激光器的输出功率是我们重要的研究方向。本文为制备出940nm大功率半导体激光器展开了以下工作:1.阐述MOCVD设备工作原理,通过优化外延片结构,利用MOCVD设备,生长出所设计的大光腔非对称结构外延片。其中所设计的大光腔结构可以有效地增加光斑的横向尺寸,提高腔面灾变性损伤(COMD)水平,非对称波导结构可以抑制高阶模的激射。拟合数据得出,此种外延片制备出的激光器内量子效率高达99.1%且内部损耗仅为0.21cm。2.优化后工艺的细节工作。传统工艺存在成品率低、性能不稳定等特点,因此本文着重优化工艺上的具体细节及参数,如更换清洗液,优化光刻版图、快速退火时的温度和对腔面进行保护等具体工艺,使激光器的性能得到提升,并增加其成品率由最初的30%提升到80%。3.优化940nm半导体激光器的工艺流程。通过引入隔离双沟结构,对电流侧向扩展的限制作用,并优化隔离双沟的深度和间距,来降低半导体激光器的阈值,提升其斜率效率、电光转换效率和出光功率。并且通过研究管芯正、倒贴对器件性能的影响和利用腔面镀膜工艺,来增加器件的出光功率。制备出的4mm腔长半导体激光器单管经测试:在26.6A电流下,斜率效率为0.78W/A,出光功率达到20.3W。