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850nm窄发散角单模半导体激光器材料研究宁吉丰 王彦照 陈宏泰 房玉龙*（中国电子科技集团公司第十三研究所）摘 要：短距离激光雷达技术应用广泛，但是要求器件的发散角比较小。
针对器件的发散角，通过商用软件和波导模拟软件，设计850nm GaAs/AlGaAs扩展波导外延材料结构。
采用非对称波导结构设计，有助于降低内部光学损耗，提高激光器的斜率效率，降低激光器功耗。
通过优化腐蚀阻挡层GaInP的掺杂浓度，消除能带不连续导致器件电压升高问题。
采用MOCVD生长了带有腐蚀阻挡层的AlGaAs/GaAs非对称扩展波导外延片，并制作成条宽2.5μm、腔长1mm的激光器芯片。
测试结果表明，室温条件直流条件测试下，阈值电流为35mA，斜率效率为1.2 W/A，输出功为200mW@200mA，快轴发散角测试为15°。
关键词：850nm，单模，窄发散角，激光二极管Study on Epitaxial Materials of 850 nm Single-Mode Semiconductor LaserDiode with Small Divergence AngleNING Ji-feng WANG Yan-zhao CHEN Hong-tai FANG Yu-long*（The 13th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation）Abstract:Short range LIDAR technology is widely used, but it requires a relatively small divergence angle of the device. According to the divergence angle of the device, the structure of 850 nm GaAs/AlGaAs extended waveguide epitaxial materials was designed and optimized by the commercial and waveguide simulation software. The asymmetric waveguide structure helps to reduce the internal optical loss, improve the slope efficiency and reduce the power consumption of the laser. By optimizing the doping concentration of the etch stop layer GaInP, the problem of the increasing device voltage due to band discontinuity is eliminated. The AlGaAs/GaAs asymmetric extended waveguide epitaxial layer was grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) process. The laser chip with the strip width of 2.5 μm and the cavity length of 1mm was fabricated. The test results show that with the test under DC condition at room temperature, the threshold current is 35 mA, the slope efficiency is 1.2 W/A, the output power is 200 mW@ 200 mA, and the fast axis divergence angle is 15°.Keywords: 850 nm, single mode, small divergence angle, laser diode作者简介：宁吉丰，硕士，工程师，主要研究方向为MOCVD外延生长和GaAs与InP基半导体激光器。
850nm垂直腔面发射激光器布拉格反射镜的优化摘要：为了降低垂直腔面发射激光器（VCSEL）内部热损耗、阈值电流密度，本文利用MATLAB软件来仿真垂直腔面发射激光器的反射镜——分布式布拉格反射器（DBR）。
同时从DBR材料的选取、构成DBR周期性对数的选择、DBR反射率对VCSEL阈值电流密度的影响三个方面对DBR进行优化设计，以此来达到降低内部热损耗、降低阈值电流密度、提升器件性能的目的。
通过对DBR的研究分析，对高性能的850nm VCSEL的研制提供帮助。
关键词：垂直腔面发射激光器分布式布拉格反射器热损耗阈值电流密度1.引言垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）具有阈值电流低、动态单纵模工作、可形成二维面阵、容易得到圆对称出射光束、光纤耦合效率高、调制速率高、阵列可寻址和其他器件兼容性好等优点，是中短距离光通信的理想光源，也是当前半导体光电子器件中注目的前沿课题。
随着薄膜生长技术（MBE、MOCVD、CBE 等）的发展、器件制备技术的成熟，使得VCSEL具有良好的半导体微腔结构，从而大大降低了VCSEL器件的阈值电流，进而提升了器件的性能、提高了器件的可靠性、成本随之不断降低。
加之其便于封装和高调制带宽的特点，使得VCSEL技术在光通信、光互联、光信号处理以及光集成元件等方面有着极为广泛的应用前景。
同时，随着因特网的飞速发展，850nmVCSEL在城域网和接入网中的应用必将更加广泛[1-4]。
本文的研究重点是如何优化DBR，主要集中在DBR材料的选取、构成DBR 周期性对数的选择以及DBR反射率对VCSEL阈值电流密度的影响三个方面。
通过选择晶格失配小、折射率差值大的材料；以及仿真分析周期性对数对反射率、反射频谱以及反射率对阈值电流的影响，并以此为基础来优化DBR。
2.VCSEL的阈值公式以及DBR反射率公式2.1 VCSEL的阈值公式[5-7]（1）式中：M为量子阱的阱数，为阱宽，是电流利用系数，载流子寿命，表示有源区的载流子浓度，自发辐射系数，光的群速度，内部损耗，L为VCSEL的腔长。
第20卷第8期半 导 体 学 报V o l.20,N o.8 1999年8月CH I N ESE JOU RNAL O F SE M I CONDU CTOR S A ug.,1999 808nm大功率量子阱激光器无吸收腔面镀膜的研究李秉臣 彭 晔 廖显伯(中国科学院半导体研究所 北京 100083)摘要 用电子束反应蒸发法制备的a2Si∶H膜和A l2O3膜组成的a2Si∶H A l2O3膜系,解决了a2 Si A l2O3膜系在808nm波长有较强光吸收问题,吸收系数从2×103c m-1降低到可以忽略的程度.a2Si∶H膜的光学带隙为1174eV左右.应用到808nm大功率量子阱激光器腔面镀膜上,其器件光电性能获得较大改善.PACC:7865; EEACC:4190F1 引言大功率量子阱激光器是包含高载流子密度、高电流密度和高光子密度的一种光电器件,降低阈值电流密度和提高量子效率是增大激光器输出功率的关键.腔面镀膜可以起到保护腔面、防止氧化、提高可靠性的作用,也可以改善激光器光电性能.譬如,利用高反射膜可以降低阈值电流I th、提高器件的量子效率,而应用增透膜可以提高量子效率和电2光转换效率,小范围的波长调整等作用.808nm大功率量子阱激光器腔面镀膜,通常采用以Si为高折射率材料,A l2O3为低折射率的材料组合的Si A l2O3[1]膜系.在实验中,我们发现Si A l2O3膜系作为高反膜,在808nm波长附近Si膜仍有较强吸收,腔面镀高反膜(HR)后,激光器光电性能变坏,而不象文献[1]中所说的那样,Si膜厚度在60nm时总吸收可以忽略.因此为了解决这个问题,开展了H2气氛电子束反应蒸发Si膜的实验研究工作.2 实验及原理本项研究工作使用BAL ZER S公司生产的BA K600箱式光学镀膜系统.CR YO PUM P 抽真空,既保持了真空室的清洁度,又有较快地使真空度达到1×10-7～2×10-7m bar的水李秉臣 男,1941年出生,高级工程师,从事半导体光电子器件工艺及其薄膜技术研究彭 晔 女,1970年出生,助理工程师,从事半导体光电子器件工艺及其薄膜技术研究廖显伯 男,1940年出生,研究员,从事非晶硅亚稳特性及非晶微晶硅太阳能电池研究1998204210收到,1998209203定稿平.采用硼硅酸盐玻璃(CG W 7740)作衬底,经用H 2SO 4∶H 2O =5∶1溶液煮沸后,去离子水冲洗.再用HC l ∶H 2O =5∶1煮沸,去离子水冲洗,最后用干N 2气吹干备用.样品制备之一是Si 膜的电子束蒸发,在加温到250℃,真空度<1×10-6m bar 的条件下,电子束蒸发Si ,蒸发速率为013nm s .a 2Si 膜的厚度为500～600nm ,折射率n =3～3.2(633nm )之间.样品制备之二是加热并恒温在250℃时,预真空度<1×10-6m bar ,加入H 2气降为4×10-4m bar ,然后电子束反应蒸发Si ,形成a 2Si ∶H 膜,蒸发速率为013nm s ,膜厚同样为500～600nm 左右(图1).用CA R Y 25E 型分光光度计分别测量a 2Si 膜和a 2Si ∶H 膜的透射谱线,根据薄膜光学公式T =A (1-R 23)(1-R 21)e -Αd1+R 23R 21e -2Αd -2R 231 2R 1 221e -Αdco s (4Πn 2d Κ)(1)式中 T 为透射率;A 为考虑衬底影响的因素的系数;R ij 为组成界面ij 的正入射反射率,R ij =(n i -n j )2(n i +n j )2(2)d 、n 2和Α分别表示a 2Si 或a 2Si ∶H 膜的厚度、折射率和吸收系数.图1 透射谱测量示意图从(1)式可以看出,在一定的条件下会发生干涉现象.当2n 2d =m Κ时,透射率最大(T m ax ),当2n 2d =(m +1 2)Κ时,透射率最小(T m in ).如果干涉发生在透明区,即Αd ≈0,此时有T m ax -T m in =4R 21R 23(1-R 21)(1-R 23)(1-R 21R 23)2(3)从(3)和(2)式可以求出n 2,再根据干涉条件求出膜厚d ,将这些数值代入(1)式中,求解出Α,便可得知薄膜的吸收系数.再根据间接带隙材料在带边附近Α与h Μ的关系式,即T auc 公式(Αh Μ)1 2=B (h Μ-E 0)(4)将(Αh Μ)1 2对h Μ作T auc 图,则所得直线段与横轴的截距就是a 2Si 或a 2Si ∶H 的光学带隙E 0.3 实验结果和讨论311 a -Si 和a -Si ∶H 的吸收系数与波长之间的关系我们分别测量了a 2Si 和a 2Si ∶H 这两种膜的透射能谱曲线,然后用计算机程序块作出a 2Si 和a 2Si ∶H 两种薄膜的吸收系数与波长之间的关系图,如图2所示.从图2我们注意到a 2Si 膜在808nm 波长附近,吸收系数为2×103～3×103c m .而a 2Si ∶H 膜与a 2Si 膜相比较有较明显的蓝移,在808nm 波长附近,吸收系数降低到可以忽略的程度,成为真正的无吸收高折射率材料,并与薄膜的厚度无关.312 a -Si 和a -Si ∶H 的Tauc 关系从T auc 图3我们可以看到,a 2Si 膜光学带隙为11675eV 左右,a 2Si ∶H 膜光学带隙为1174eV 左右.从上面的结果我们可以解释吸收曲线蓝移(向短波长方向移动)的原因是由于Si —H 键比Si —Si 键键合更强,而且a 2Si ∶H 膜的光学带隙也比a 2Si 膜光学带隙宽.而这一9968期李秉臣等: 808nm 大功率量子阱激光器无吸收腔面镀膜的研究结果正是我们所希望的.另外从图3中我们可以看到a 2Si 膜能谱曲线上有一个小丘,说明薄膜有缺陷.而a 2Si ∶H 膜能谱曲线比较平滑,说明加入H 2后反应蒸发形成的a 2Si ∶H 膜缺陷减少,薄膜质量变好.图2 a 2Si 和a 2Si ∶H 吸收系数Α与波长的关系 图3 a 2Si 和a 2Si ∶H 的T auc 关系曲线313 a -Si A l 2O 3膜系与a -Si ∶H A l 2O 3膜系分别应用到808nm 激光器腔面镀膜的比较为了进行a 2Si A l 2O 3膜系与a 2Si ∶H A l 2O 3膜系的比较,将这两种膜系分别应用到808nm 大功率量子阱激光器腔面镀膜上,并作了两个腔面未镀膜;一个腔面只镀高反膜(HR ),另一个腔面不镀膜;以及两个腔面各镀高反膜和增透膜(HR +A R )三种情况.用常规的Κ 4极值法监控a 2Si A l 2O 3与a 2Si ∶HA l 2O 3膜系的光学厚度,高反膜采用4(L H )八层,经分光光度计测量,透射率一般为2%～3%.其三种情况结果如表1和表2所示:表1 a -Si A l 2O 3膜系应用到808nm 激光器腔面镀膜前后性能测试结果典型值未镀膜HR HR +A R 输出功率P 0 W 0.210.10.11阈值电流I th A 0.140.20.16工作电流I f A 0.520.500.44工作电压V f V1.911.921.88量子效率E s(W ・A -1)0.520.290.31电光转换效率E p %21.110.512.7串联电阻R d 80.520.490.53波长Κ nm 813.7805.4806.7表2 a -Si ∶H A l 2O 3膜系应用到808nm 激光器腔面镀膜前后性能测试结果典型值未镀膜HR HR +A R 输出功率P 0 W0.520.511.01阈值电流I th A 0.240.170.26工作电流I f A 1.160.841.20工作电压V f V2.141.982.11量子效率E s(W ・A -1)0.550.741.00电光转换效率E p %20.930.640.00串联电阻R d 80.410.410.38波长Κ nm810.4810809.4 从表1a 2Si A l 2O 3膜系和表2a 2Si ∶H A l 2O 3膜系应用到808nm 大功率激光器腔面镀膜后的测试结果来看,a 2Si A l 2O 3膜系有明显吸收,导致I th 增加,E s 降低,E p 降低.而a 2Si ∶H A l 2O 3膜系,当只有一个腔面镀高反膜时,其结果是I th 降低,E s 增加,E p 增加.当两个腔面分别镀高反膜和增透膜时,E s 增加,E p 增加,I th 略有增加,而E s 从0155(W ・A -1)增加到1100(W ・A -1),E p 从2019%增加到40100%,其绝对值增加近一倍左右.07半 导 体 学 报20卷参考文献[1] M ichael E ttenberg ,A pp l.Phys .L ett .,1978,32(11):724～725.[2] H irok i N aito ,M asah iro kum e ,Ken H am ada et a l .,IEEE J .Q uantum E lectron .,1991,27(6):1550～1553.[3] J .Stone and L .W .Stulz ,A pp l .Op t .,1990,29(4):583～588.New D ielectr ic Facet Ref lector for H igh Power808nm Quan tu m W ell La serL i B ingchen ,Peng Ye ,L iao X ianbo(Institu te of S e m icond uctors ,T he Ch inese A cad e my of S ciences ,B eij ing 100083)R eceived 10A p ril 1998,revisced m anuscri p t received 3Sep tem ber 1998Abstract H ydrogenated am o rp hou s silicon (a 2Si ∶H )w ith an op tical bandgap of 1.74eV ,depo sited by electron beam reactive evapo rati on in H 2atm o sp here has been u sed in com b i 2nati on w ith A l 2O 3fil m as the facet reflecto r fo r h igh pow er 808nm quan tum w ell laser .In com p arison w ith u sual fil m stack of a 2Si and A l 2O 3show n strong op tical ab so rp ti on at w avelength of 808nm ,the op tical ab so rp ti on coefficien t of the new fil m system has beensign ifican tly low ered from 2×103c m to a negligib le level.T he op toelectron ic p rop erties of the device have been h igh ly i m p roved as the fil m system is app lied to the facet .PACC :7865; EEACC :4190F1078期李秉臣等: 808nm 大功率量子阱激光器无吸收腔面镀膜的研究。
850nm VCSEL-TOSA及其在高速通信中的应用丁国庆;孟海杰;胡长飞【摘要】高速、大数据容量传输和处理是光通信中的热点.10 Gbit/s 850 nm VCSEL-TOSA(垂直腔面发射激光器—传输光组件)是以太网和大数据处理中心所用的高速、短波长关键组件.文章介绍了实用化组件结构、芯片特点、技术指标及相关标准；报道了10 Gbit/s 850 nm VCSEL管芯高温加速寿命试验条件和结果；讨论了组件结构、工艺和环境温度变化对其性能的影响,指出了10 Gbit/s 850 nm VCSEL-TOSA在短途以太网和大数据收发、处理中心中的应用.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】4页(P49-52)【关键词】大数据;850 nm垂直腔面发射激光器—传输光组件;实用化;可靠性;高温加速寿命试验【作者】丁国庆;孟海杰;胡长飞【作者单位】武汉华工正源光子技术有限公司,湖北武汉430223;武汉华工正源光子技术有限公司,湖北武汉430223;武汉华工正源光子技术有限公司,湖北武汉430223【正文语种】中文【中图分类】TN2530 引言随着视频和高速数据业务的不断发展，大数据容量传输、存储和处理的时代即将到来。
所谓大数据，是指无法在容许的时间内用常规软件工具对其内容进行抓取、管理和处理的数据集合，且大数据规模是不断变化的。
当前这种单一数据集的大小在几十TB和数PB之间。
现在有越来越多的网络终端，其收发数据的存储与管理不在终端完成，而是转移到数据中心去完成。
以云计算为标志的数据中心将是今后发展的重点之一。
对于短途、高速光网络(又称高速光以太网)，国际上2010年6月正式发布了40 G/100 G以太网标准——IEEE 802.3ba[1]，这里说的40 G/100 G, 不是单信道40 Gbit/s或100 Gbit/s,而是4个并行的10 Gbit/s 或10个并行的10 Gbit/s (或4个25 Gbit/s)。
步进电机闭环细分驱动控制系统设计摘要：介绍了螺纹非接触光电测试系统中步进电机闭环细分控制系统的设计，并结合系统要求对抗干扰性和稳定性进行深入研究。
文中对步进电机的特性与系统的性能相互关系进行了论述，在此基础上提出了可行的系统设计方案，给出了基于TA8435专用芯片的细分驱动设计电路，对系统抗干扰性和稳定性设计提出了具体解决办法，硬件设计中采用了传感器反馈的全伺服控制方法，软件上采用升频离散化处理，很好的解决了步进电机在高速启停过程中的堵转和丢步现象，提高了系统的稳定性和精度。
关键词：闭环控制；细分驱动；升频离散化中图分类号：TP216文献标识码：A文章编号：1672－9870（2008）02－00093－03收稿日期：200716基金项目：国家863计划资助项目作者简介：宋鸿飞（1980角，并依靠电磁力锁定转轴在一定的位置上。
因此在定位精度不高的场合下，一般的步进系统都采用开环控制。
但由于步进电机固有的低频共振，高频扭矩小引起的失步和机械结构等因素的影响，都会造成实际位移值偏离指令设定值。
因此在高定位精度的场合下，没有闭环反馈就无法知道电机是否丢步或过步，系统无法对其进行有效校正和补偿，导致不能准确定位。
在步进系统中引入检测环节并对其进行闭环控制，可从根本上解决步进系统的定位精度问题，将使其性能大大提高。
步进电机的闭环控制可采用各种不同的方法，其中包括步校验、无传感器反电动势检测和有传感器反馈的全伺服控制。
1系统构成本电机系统设计应用精密在螺纹非接触光电测试系统中，两相步进电机通过精密滚珠螺杆把电机的轴角运动转化成直线位移运动，带动负载平台及上边安装的测试系统在螺管内部进行直线运动，实现对螺纹的实时检测。
由于螺纹检测属于精密检测，对精密位移台的定位精度、速度范围和速度稳定性提出了很高的要求，因此步进电机采用开环控制方式是达不到系统的指标要求的，针对系统的要求步进电机要采用闭环细分控制方式。
电机控制系统设计采用有传感器反馈的全伺服控制方法。
850vcsel工艺流程一、850 VCSEL工艺流程850 VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）工艺流程是制造850纳米波长垂直面射出激光器的工艺流程。
下面是一种典型的850 VCSEL工艺流程。
1. 衬底选择：选择适当的半导体材料作为衬底，常见的有砷化镓（GaAs）和亚砷酸镓（InGaAs）等。
2. 基底生长：在衬底上进行化合物半导体材料的外延生长，一般使用金属有机气相外延（MOCVD）或分子束外延（MBE）等方法。
3. 底反射镜片沉积：在基底上生长多层衬底镜片，通常由多个固态反射镜片和多个介质层组成，用于提高光学波导的反射率。
4. 激活层和量子阱生长：在底反射镜片上生长激活层和量子阱，通常使用化合物半导体材料生长技术。
5. 顶反射镜片沉积：在激活层和量子阱上生长多层顶反射镜片，与底反射镜片相似，用于增强光学波导的反射率。
6. 蓝宝石基板转移：将VCSEL芯片从生长基底上切割下来，并将其转移到蓝宝石基板上。
7. 上电极制备：在激活层的顶部沉积金属或半导体材料制备电极结构，以提供所需的电流注入。
8. 下电极制备：在底部生长透明导电材料或金属电极，以提供基底电流注入。
9. 上下电极连接：通过金属线缠绕或其他连接手段将上下电极连接起来。
10. 封装：将VCSEL芯片封装到适当的封装结构中，以保护芯片并提供光学耦合接口。
11. 测试和调试：对封装完成的VCSEL芯片进行电性能和光性能测试，以验证芯片的质量和工作性能。
12. 选级和排序：根据测试结果，将VCSEL芯片按照质量等级和性能等级进行选级和排序。
13. 出货：将合格的VCSEL芯片出货，供应给需要的客户或集成到其他产品中。
以上是一种常见的850 VCSEL工艺流程，具体的工艺细节可能会因不同的制造厂家和设备而有所不同。
VCSEL作为一种重要的激光器器件，在通信、光电子、生物医学等领域有广泛的应用前景。
