高功率半導(dǎo)體激光器抗COD關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、高功率半導(dǎo)體激光器由于體積小、效率高、調(diào)制簡單等一系列優(yōu)點，受到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。高輸出功率和長期可靠性是高功率半導(dǎo)體激光器得以廣泛應(yīng)用的前提，而災(zāi)變性光學(xué)鏡面損傷(COD)一直是限制激光器最大輸出功率和可靠性的重要因素。COD的發(fā)生主要是由于激光器腔面具有很高的表面態(tài)密度，在高光功率密度作用下導(dǎo)致腔面溫度迅速升高進(jìn)而誘發(fā)腔面處帶隙收縮加劇光子吸收，最后促使腔面燒毀，激光器失效。本論文圍繞提高激光器COD閾值這一主題，深入討論了與之相關(guān)

2、的硫鈍化技術(shù)、氮等離子體清洗技術(shù)、AlxNy腔面鈍化膜以及量子阱混雜非吸收窗口技術(shù)，主要研究內(nèi)容和研究成果如下:
　　1.開展了濕法硫鈍化技術(shù)研究。分析了硫鈍化的機(jī)理以及常規(guī)(NH4)2S水溶液鈍化GaAs材料的弊端，提出使用有機(jī)溶醇類（叔丁醇和異丙醇）代替水作為溶劑，以此來降低硫化層溶解速率，并在此基礎(chǔ)上配制出一種新鈍化液:(NH4)2S+Se+t-C4H9OH，通過二次離子質(zhì)譜和光熒光譜等分析手段表明，新鈍化液可比常規(guī)(NH4

3、)2S水溶液更有效去除氧化物，GaAs表面的光致發(fā)光強(qiáng)度相比處理前提高23倍，而且表面生成硒化物和更厚的硫化層，鈍化的表面缺陷更少、鈍化效果更穩(wěn)定。
　　2.開展了等離子體清洗技術(shù)研究。以輝光放電氮等離子體為清洗源，借助磁控濺射系統(tǒng)和光熒光譜儀，對n-GaAs(100)襯底片進(jìn)行等離子體清洗研究。為了最大程度地去除樣品表面氧化物等沾污，同時又不對樣品表面造成新的損傷，分別探討了工作壓強(qiáng)、濺射功率、清洗時間對襯底片發(fā)光強(qiáng)度的影響，并

4、在氮氣流量40sccm，濺射功率10W，壓強(qiáng)4.7Pa，清洗時間為15min條件下，獲得最佳清洗效果，GaAs表面的光致發(fā)光強(qiáng)度相比處理前提高了17倍。
　　3.開展了腔面鈍化膜技術(shù)研究。提出以新型AlxNy無氧材料作為激光器腔面鈍化膜，結(jié)合磁控濺射離子輔助鍍膜技術(shù)，研究了濺射功率、氮氣分壓、工作壓強(qiáng)對薄膜沉積速率和光學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的AlxNy薄膜除了具有較好的鈍化效果外，也是一種良好的增透材料（中心波長處的剩余反

5、射率低于0.1％），并具有良好的熱特性和弱的光吸收特性，可以作為激光器腔面鈍化膜使用;對激光器前后腔面最優(yōu)反射率進(jìn)行了模擬分析，并在此基礎(chǔ)上濺射沉積了前腔面增透膜和后腔面高反膜，其中Si/SiO2高反膜中心波長附近反射率高達(dá)98.6％。
　　4.開展了激光器非吸收窗口技術(shù)研究。采用無雜質(zhì)空位誘導(dǎo)量子阱混雜技術(shù)(IFVD)制作了940nmGaInP/GaAsP/InGaAs單量子阱半導(dǎo)體激光器非吸收窗口，借助光熒光譜儀分析了退火溫度

6、、介質(zhì)膜類型、沉積方法和沉積厚度等不同條件對量子阱混雜效果的影響，并通過EC-V法檢測了高溫退火前后芯片摻雜濃度變化情況，最后成功設(shè)計出兩套窗口制備方案并進(jìn)行了實驗驗證，875℃退火條件下，在增益區(qū)和窗口區(qū)獲得最大24nm的偏移量。
　　5.開展了抗COD激光器制備工藝研究。將優(yōu)化后的硫鈍化、氮等離子體清洗+AlxNy鈍化膜和非吸收窗口技術(shù)分別應(yīng)用到激光器制備中，通過大功率半導(dǎo)體激光器綜合測試儀測試激光器輸出特性，結(jié)果表明:硫鈍化

7、的激光器，單管平均輸出功率2.77W，比普通的無鈍化的激光器(1.81W)COD功率提高了53％;氮等離子體清洗+10nmAlxNy鈍化的激光器，平均輸出功率達(dá)到3.27W，比普通的無鈍化的激光器COD功率提高了80％，所以相比于濕法硫鈍化，氮等離子體清洗結(jié)合AlxNy薄膜鈍化實際器件的效果要更好些;采用無雜質(zhì)空位誘導(dǎo)量子阱混雜技術(shù)制備的帶有非吸收窗口的激光器，由于有效降低了腔面的光吸收，器件抗COD能力明顯增加，COD閾值較傳統(tǒng)激光器