论文部分内容阅读
半导体激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、寿命长等优势，应用范围覆盖了整个光电子学领域，已成为当今光电子科学的核心技术。半导体激光器在光纤通信、光存储、材料加工及光刻、医疗和美容、娱乐和显示、激光测距、激光雷达、激光武器、激光警戒、激光制导跟踪器等方面获得了广泛的应用，形成了广阔的市场。976nm大功率半导体激光器主要用于掺铒(Er)光纤放大器(EDFA)和固体激光器的泵浦源，具有非常大的发展潜力。 本文针对高功率976nm半导体激光器芯片的结构设计和MOCVD外延开展了以下工作: (1)概述了半导体激光器芯片制备的主要技术和测试仪器，重点介绍了金属有机物化学气相淀积(MOCVD)的基本原理及其各分系统的作用及原理。 (2)理论分析了光在波导中的传播，设计了非对称的大光腔波导。对光在波导层中的传播作了详细的理论分析，并模拟了对称波导的折射率和近场分布以及光限制因子随波导层厚度的变化关系。当光波导尺寸大于1.5μm后，对于对称大光腔波导结构，可能会有高阶模激射的情形，这是不希望出现的。因此提出采用非对称波导结构，模拟了光限制因子和阈值增益随n侧与p侧波导层厚度差△W的变化，确定了非对称波导的n侧波导层厚度为1.15μm，p侧波导层厚度为0.85μm。 (3)对976nm半导体激光器各层材料的MOCVD外延生长条件进行了优化。总结了GaAs材料的生长因素和掺杂;分析了AlGaAs材料的生长条件和掺杂，通过调节生长温度实验，得到AlGaAs的优化生长温度为700℃;对于InGaAs/AlGaAs应变量子阱的材料外延，分别通过单一改变间隔层生长时间、InGaAs生长温度、AsH3流量等参数，得到InGaAs量子阱的优化外延条件为，生长前后的生长中断为182s，间隔层生长时间为3～5s，InGaAs量子阱的生长温度为600℃，AsH3流量为70sccm，Ⅴ/Ⅲ比约为130。 (4)设计了976nm半导体激光器的各层生长参数，给出了MOCVD外延生长的步骤，芯片的后期工艺制作流程以及激光器的光电特性测试结果。最终制作的976nm半导体激光器在工作电流为12A的激射波长在977±1nm范围，输出功率可以达到8.87W，平均功率在8.58W，斜率效率为0.79W/A，电光转换效率可达48.5％，阈值电流为1A左右，工作电压1.52V，光谱宽度3.8nm，水平发散角9°左右，垂直发散角23°左右。