论文部分内容阅读
本文主要以808nm AlGaAs/GaAs激光器为代表,对大功率半导体激光器的失效和退化机理进行了介绍和研究,并研究了提高其可靠性的方法。 首先,研究了808nmAlGaAs/GaAs激光器的退化失效机理。采用激光扫描共聚焦显微镜成像,CL成像,和x射线衍射技术,对AlGaAs/GaAs激光器的规律性空间烧孔退化现象进行了研究,发现其退化失效机制。 其次,研究了激光器bar条不同发光区之间的热耦合效应。制备了分离驱动的激光器bar条,并采用瞬态热技术基于二极管的正向电压法来研究AlGaAs/GaAs激光器bar条在两种热传导路径中的热性能。设计了一个快速开关电路,从工作状态到开关时间延迟小于1μs,能实现更精确的测量。得到不同工作电流下中心发光区在其工作的发光区中间的瞬态温升。根据时间常数和有效的热传导率得到不同发光区之间的热耦合分布。 最后,研究了提高大功率半导体激光器可靠性的方法——腔面钝化技术。介绍了大功率激光器的COD产生原理和腔面钝化方法,对808nm激光器单管器件做了腔面钝化研究,分析了(NH4)2S溶液钝化时间对钝化效果的影响,对比了三种钝化方法的钝化效果,并对钝化和未钝化的激光器单管作了老化和加速老化实验。 通过以上实验研究,我们取得了以下成果: 1.在激光器的出光腔面存在规律性的熔化点,在激光器腔内存在空间烧孔导致的一些暗线缺陷。同样,我们也观察到由于激光器的退化,外延层存在一个从单晶相到多晶相的转变,由于退化诱导出面外应变和面内应变。 2.热耦合效应主要发生在芯片内部,而不是焊料/热沉界面和封装形式之间。此外,通过测量发光区5(工作在1A电流下)相对于发光区1,2,3,4(未工作)的瞬态温升得到bar条的水平热传导性能。结果表明,发光区中间的热耦合对激光器bar条的性能有很大的影响。针对AlGaAs/GaAs激光器bar不同发光区之间热耦合性能的研究有利于进一步提高bar条的性能。 3.在ZnS薄膜厚度较厚时(～λ/(2n)),得到的单管COD功率最高值从未钝化的3.594w提高到4.051W,提高了12.7％,COD平均功率从2.23W提高到3.37W,提高了51.1％;在ZnS厚度较薄时(～10nm),得到的单管COD功率最高值从未钝化的2.378W提高到4.017W,提高了68.9％,COD平均功率从1.79W提高到3.238W,提高了80.9％; 4.对腔面钝化的激光器单管作了老化实验,在1W功率下老化17天的情况下,电流变化很小,没有明显的电流上升; 5.对MOCVD外延生长ZnS薄膜方法钝化的激光器单管作了加速老化实验,在电流1.8A、2.1A、2.4A和主动水冷20℃条件下,测试了激光器的功率变化,计算得出器件的平均失效时间为17558小时,而未钝化的激光器单管的平均失效时间为14677小时。