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44瓦超高功率808 nm半导体激光器设计与制作仇伯仓，胡海，何晋国深圳清华大学研究院深圳瑞波光电子有限公司1. 引言半导体激光器采用III-V化合物为其有源介质，通常通过电注入，在有源区通过电子与空穴复合将注入的电能量转换为光子能量。
与固态或气体激光相比，半导体激光具有十分显著的特点：1）能量转换效率高，比如典型的808 nm高功率激光的最高电光转换效率可以高达65%以上[1]，与之成为鲜明对照的是，CO2气体激光的能量转换效率仅有10%，而采用传统灯光泵浦的固态激光的能量转换效率更低, 只有1%左右；2）体积小。
一个出射功率超过10 W 的半导体激光芯片尺寸大约为mm3, 而一台固态激光更有可能占据实验室的整整一张工作台；3）可靠性高，平均寿命估计可以长达数十万小时[2]；4）价格低廉。
半导体激光也同样遵从集成电路工业中的摩尔定律，即性能指标随时间以指数上升的趋势改善，而价格则随时间以指数形式下降。
正是因为半导体激光的上述优点，使其愈来愈广泛地应用到国计民生的各个方面，诸如工业应用、信息技术、激光显示、激光医疗以及科学研究与国防应用。
随着激光芯片性能的不断提高与其价格的持续下降，以808 nm 以及9xx nm为代表的高功率激光器件已经成为激光加工系统的最核心的关键部件。
高功率激光芯片有若干重要技术指标，包括能量转换效率以及器件运行可靠性等。
器件的能量转换效率主要取决于芯片的外延结构与器件结构设计，而运行可靠性主要与芯片的腔面处理工艺有关。
本文首先简要综述高功率激光的设计思想以及腔面处理方法，随后展示深圳清华大学研究院和深圳瑞波光电子有限公司在研发808nm高功率单管激光芯片方面所取得的主要进展。
2.高功率激光结构设计图1. 半导体激光外延结构示意图图2. 外延结构以及与之对应的光场分布图3. 量子阱限制因子与SCH层厚度之间的关系图4. 光束发散角与SCH层厚度之间的关系图1给出了一个典型的基于AlGaAs材料的808 nm半导体激光外延结构示意图，由其可见，外延结构由有源区量子阱、AlGaAs波导以及AlGaAs包层材料组成，在材料选取上包层材料的Al 组分要高于波导层材料的Al组分，以保证在材料生长方向形成波导结构，即材料对其中的光场有限制作用（见图2）。
《InGaAs-GaAsP量子阱界面结构及其激光器件性能研究》篇一InGaAs-GaAsP量子阱界面结构及其激光器件性能研究一、引言随着半导体技术的飞速发展，InGaAs/GaAsP量子阱材料因其独特的电子和光学特性，在光电子器件领域中得到了广泛的应用。
量子阱界面结构作为激光器件的核心部分，其结构和性能对激光器件的效率、稳定性及寿命具有重要影响。
因此，对InGaAs/GaAsP量子阱界面结构及其激光器件性能的研究显得尤为重要。
本文将深入探讨InGaAs/GaAsP量子阱界面结构的特性，以及其在激光器件中的应用和性能表现。
二、InGaAs/GaAsP量子阱界面结构InGaAs/GaAsP量子阱界面结构主要由InGaAs和GaAsP两种材料构成。
这两种材料具有不同的能带结构和电子特性，通过调整它们的成分比例和厚度，可以实现对量子阱的精确调控。
在界面处，由于两种材料的晶格常数和电子能级差异，形成了独特的势垒和势阱结构，为光子提供了良好的限制和传输环境。
在制备过程中，首先需要选择合适的衬底材料，如GaAs或AlxGa1-xAs等。
然后通过分子束外延（MBE）或金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）等方法，生长出高质量的InGaAs/GaAsP量子阱结构。
通过控制生长过程中的温度、压力、材料流量等参数，可以实现量子阱的精确调控。
三、InGaAs/GaAsP量子阱激光器件性能研究InGaAs/GaAsP量子阱激光器件是利用其独特的界面结构实现光子发射的器件。
在激光器中，量子阱作为有源区，通过注入电流激发电子和空穴在量子阱中复合，从而产生光子并形成激光输出。
因此，量子阱的界面结构和性能对激光器的性能具有重要影响。
首先，InGaAs/GaAsP量子阱激光器具有高效率的特点。
由于量子阱界面结构的特殊性质，使得光子在有源区内得到有效限制和传输，提高了光子的复合率，从而提高了激光器的发光效率。
此外，通过优化量子阱的成分比例和厚度，可以进一步调整激光器的光谱特性和输出功率。
带有腔面非注入区的大功率808nm gaAS/AlgaAS激光二极管列阵!方高瞻"肖建伟马骁宇谭满清刘宗顺刘素平冯小明（中国科学院半导体研究所国家光电子器件工程研究中心北京100083）摘要报导了带有腔面非注入区的808nm gaAS/AlgaAS激光二极管列阵的制作过程和测试结果。
在器件前后腔面处引入25#m非注入区，填充密度为17%的1cm激光二极管列阵最高连续输出功率达87W，热沉温度是25C，抗COD能力比没有非注入区的激光二极管列阵高40%。
器件在连续15W下恒功老化，工作寿命超过50001。
关键词激光二极管列阵，非注入区，COD，gaAS/AlgaAS0引言大功率808nm gaAS/AlgaAS激光二极管列阵广泛用于泵浦Nd1YAg固体激光器，作为泵浦源，高功率、长寿命、高可靠性是器件得以实用化的前提，限制最大输出功率和影响寿命与可靠性的因素有很多，其中之一是腔面光灾变损伤（COD）［1，2］。
COD的产生是由于激光二极管腔面处存在表面态或界面态，这些都是非辐射复合中心，它们的存在会引起腔面处温度升高，使得腔面处材料带隙收缩，从而加剧光子吸收，反过来又使腔面温度进一步升高。
当输出功率大到某一程度时，使这一过程进入恶性循环，最终导致腔面不可恢复性的破坏。
提高腔面抗COD能力的方法有很多，主要分三大类：第一，减少腔面处由表面态或界面态而形成的非辐射复合中心的密度，采取的方法有真空解理真空镀膜、腔面钝化等［5］，缺点是需要比较复杂的真空解理技术，设备昂贵，器件成本高；第二，减少腔面处的光子吸收，通过量子阱无序或扩散等方法［3，4］，使腔面处有源区材料的带隙加宽，形成无吸收镜面的窗口结构，从而减少腔面的光子吸收，缺点是工艺过程复杂，难以控制；第三，采用全无Al或有源区无Al材料替代gaAS/AlgaAS材料［6，7］，对于gaAS/AlgaAS激光二极管，由于Al的存在，腔面极易被氧化，氧化引入腔面界面态，加剧非辐射复合，无Al材料有很小的面氧化速率，又没有暗线缺陷生长问题，所以无Al材料激光二极管有很高的抗COD的能力，缺点是难以得到高质量的材料。
《808 nm半导体激光器外延结构设计及其光电性能研究》篇一一、引言随着科技的发展，半导体激光器在通信、医疗、军事、科研等领域有着广泛的应用。
其中，808 nm波段的半导体激光器在医疗美容和皮肤治疗方面应用尤其广泛。
本篇论文旨在探讨808 nm 半导体激光器的外延结构设计及其光电性能的研究。
我们将通过对外延结构的设计和优化，来提高激光器的光电转换效率、光束质量以及使用寿命等关键性能指标。
二、外延结构设计1. 材料选择外延结构的主要材料为III-V族化合物半导体，如GaAs、AlGaAs等。
这些材料具有优良的电子和光学性能，是制造半导体激光器的理想材料。
2. 结构设计在结构设计方面，我们采用了多层膜叠加的设计方法，根据需求设计了适当的光栅、折射率分布等，优化了光的传播和光的束缚性，有效提升了光子捕获能力和内部效率。
3. 工艺设计在外延生长过程中，我们采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术进行外延生长。
这种技术能够精确控制外延生长的速度和厚度，使得我们可以制备出高质量的外延层。
三、光电性能研究1. 光电转换效率我们通过测量和分析外延结构的发光效率、阈值电流等参数，发现经过优化的外延结构可以有效提高光电转换效率。
在一定的泵浦功率下，能够得到更高的光输出功率。
2. 光束质量我们利用光束质量分析仪对激光器的光束质量进行了测试。
结果表明，优化后的外延结构可以有效地提高光束的定向性和光斑的均匀性，显著提高了激光器的光束质量。
3. 寿命及稳定性我们对808 nm半导体激光器进行了长时间运行测试，并观察其性能变化。
实验结果表明，经过合理设计的外延结构能够显著提高激光器的使用寿命和稳定性。
同时，通过对外延层材料的改良，我们可以降低因环境因素如温度、湿度等对激光器性能的影响。
四、结论本研究通过对808 nm半导体激光器的外延结构设计和光电性能的深入研究，成功地提高了激光器的光电转换效率、光束质量和使用寿命等关键性能指标。
高功率量子阱AlGaAs /GaAs半导体激光器研究综述§1.1 半导体激光器的发展概述光电子技术是当代高新技术的重要组成部分，对发展国民经济、国防建设起到举足轻重的作用。
随着光电子技术的迅速发展，半导体激光器作为一种重要的光电子器件，已广泛应用于光纤通信、光传感、信息存储、医疗、激光打印、光计算及泵浦固体激光器等领域。
半导体激光器又称激光二极管（LD）或注入型激光器，是光电子学中最重要的器件之一，具有如下优良的特性：（1） 具有良好的单色性。
（2） 效率高。
（3） 可靠性好。
（4） 可高速直接调制。
（5） 器件尺寸较小。
（6） 具有宽范围波长选择性。
（7） 与其它微波器件和光电子器件兼容。
半导体激光器的发展，经历了从同质结到异质结到量子阱结构三个阶段。
GE[ 1 ]、IBM[ 2 ]和MIT[ 3 ]三个小组最早报导了GaAs半导体激光器的实验。
早期的GaAs同质结半导体激光器因其阈值电流较高，所以只能在低温、脉冲模式下工作。
1963年，Kroemer提出[4]，采用异质结构有可能降低半导体激光器的阈值电流，从此GaAs与AlGaAs相结合的异质结技术不断向前发展。
在1970年，Bell实验室的Hayashi 和Panishi及Ioffe研究院的Alferov成功地研制出室温CW工作的AlGaAs/GaAs双异质结（DH）激光器[ 5 - 9]，发射波长为0.75-0.9um，这种半导体激光器被称为短波长半导体激光器。
早期的AlGaAs/GaAs半导体激光器的可靠性很差，然而，通过消除机械应力、减少晶体生长氛围中的氧、发展欧姆接触工艺、研究退化机理等，器件的可靠性得到了明显的改善 [ 10 – 14 ] 。
随着MBE和MOCVD等先进的外延技术的不断发展和成熟，具有一维量子阱结构的半导体激光器应运而生，由于量子尺寸效应，量子阱激光器的阈值电流显著下降，器件的特性得到了明显的改善。
纵观半导体激光器从同质结到异质结到量子阱结构的发展进程，其阈值电流、模式特性、温度特性和输出功率等一系列性质均得到了大幅度的改善和提高。
《高功率808 nm无铝有源区半导体激光器外延结构设计及其性能研究》篇一一、引言随着现代通信技术和光电领域的高速发展，高功率半导体激光器在光通信、光电子显示、激光加工等领域的应用越来越广泛。
其中，808 nm波段的半导体激光器因其独特的光电性能，在生物医疗、材料加工及科研领域有着不可替代的作用。
本篇论文旨在探讨高功率808 nm无铝有源区半导体激光器的外延结构设计及其性能研究。
二、外延结构设计1. 结构设计概述高功率808 nm无铝有源区半导体激光器的外延结构设计，主要涉及到对激光器有源区、波导层、接触层等关键部分的材料选择和结构优化。
在保证激光器高功率输出的同时，还需保证其稳定性及使用寿命。
2. 关键材料选择为达到高功率输出及良好的热学性能，我们选择了合适的材料体系。
在有源区，我们采用InGaAlP材料系统，该系统可实现808 nm波段的激光发射。
此外，为了实现无铝设计，我们在设计过程中特别选用了无铝化合物半导体材料。
3. 结构优化策略在结构优化方面，我们采用了先进的分子束外延技术，对各层材料的厚度、掺杂浓度及组分进行精确控制。
此外，还对波导层进行了优化设计，以提高光束质量和激光器的阈值电流。
三、性能研究1. 光学性能分析通过对高功率808 nm无铝有源区半导体激光器的光学性能进行测试，我们发现其阈值电流较低，光束质量优良。
此外，我们还发现该激光器的发光效率较高，为后续的高效光电子设备提供了有力支持。
2. 热学性能分析在热学性能方面，我们对该激光器的结温进行了测量。
结果表明，该激光器具有良好的热稳定性，结温较低，有效延长了激光器的使用寿命。
这主要得益于我们优化的外延结构设计和选用的材料体系。
3. 可靠性及寿命测试为评估高功率808 nm无铝有源区半导体激光器的可靠性及寿命，我们进行了长时间连续工作测试。
测试结果表明，该激光器具有良好的可靠性及较长的使用寿命，满足了实际应用的需求。
四、结论通过对高功率808 nm无铝有源区半导体激光器的外延结构设计和性能研究，我们成功实现了激光器的优化设计。
《808 nm半导体激光器外延结构设计及其光电性能研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展，半导体激光器在通信、医疗、工业等领域的应用日益广泛。
其中，808 nm波段的半导体激光器因其独特的光电性能，在诸多领域中发挥着重要作用。
本文将重点研究808 nm半导体激光器的外延结构设计及其光电性能，以期为相关领域的研究与应用提供理论支持。
二、外延结构设计1. 材料选择外延结构的选择对于半导体激光器的性能至关重要。
在808 nm半导体激光器的设计中，我们主要选择具有合适能带结构和光学特性的材料，如InGaAlP等材料体系。
这些材料体系具有优良的电子和光学性能，为激光器的稳定工作提供了基础。
2. 结构设计外延结构的设计主要包括多层结构的构建，包括量子阱、隔离层、接触层等。
其中，量子阱的设计是实现高效率激光发射的关键，通过精确控制量子阱的宽度和组分，可以实现光子能量的有效调控。
此外，隔离层的设计可以有效减少器件的漏电和热效应，提高器件的稳定性。
三、光电性能研究1. 光学性能通过精确控制外延结构的生长参数和结构，我们可以实现对808 nm半导体激光器光学性能的优化。
例如，调整量子阱的宽度和组分，可以改变激光器的发射波长和光子能量。
此外，优化隔离层的设计可以降低器件的阈值电流，提高光束质量和输出功率。
2. 电学性能电学性能是评价半导体激光器性能的重要指标之一。
通过对外延结构的设计和优化，可以实现对808 nm半导体激光器电学性能的改善。
例如，通过优化接触层的结构和掺杂浓度，可以提高器件的电流注入效率和载流子分布均匀性，从而降低器件的阈值电流和驱动电压。
四、实验结果与分析通过实验，我们成功制备了具有优良光电性能的808 nm半导体激光器。
实验结果表明，优化后的外延结构可以有效提高激光器的输出功率、光束质量和电光转换效率。
同时，我们还对不同结构参数对激光器性能的影响进行了详细分析，为后续的研究和应用提供了有价值的参考。
《808 nm半导体激光器外延结构设计及其光电性能研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，半导体激光器因其高效率、长寿命及小型化的特点，被广泛应用于通信、医疗、工业制造等多个领域。
在众多波长中，808 nm波段的半导体激光器因其在医疗、科研及工业应用中的独特优势，备受关注。
本文将针对808 nm半导体激光器的外延结构设计及其光电性能进行深入研究。
二、外延结构设计1. 结构概述外延结构是半导体激光器的核心部分，决定了激光器的光电性能。
808 nm半导体激光器的外延结构主要包括衬底、缓冲层、有源层、波导层以及上下两个电极接触层。
这些层次结构共同构成了激光器的主体框架。
2. 设计思路在设计过程中，我们主要考虑了以下几点：首先，选择合适的衬底材料，以保证外延生长的稳定性和可靠性；其次，优化有源层的材料和结构，以提高激光器的发光效率和光束质量；最后，设计合理的波导层和电极接触层，以降低光损失和电阻，提高激光器的输出功率。
三、具体设计针对808 nm波段的激光器，我们设计了如下外延结构：1. 选择高质量的衬底材料，如GaAs或AlGaAs等，以保证外延生长的稳定性。
2. 在缓冲层中采用渐变组分的设计，以减小晶格失配和应力，提高有源层的结晶质量。
3. 有源层采用多量子阱结构，以提高发光效率和光束质量。
4. 波导层采用高折射率材料，以减小光在传播过程中的损失。
5. 上下电极接触层采用低阻抗材料，以降低电阻，提高激光器的输出功率。
四、光电性能研究通过实验和模拟，我们对所设计的808 nm半导体激光器的光电性能进行了研究。
主要研究内容包括：1. 发光效率：通过测量激光器的发光强度和电流关系，分析有源层结构和材料对发光效率的影响。
2. 光束质量：通过分析激光器的光谱特性和光斑分布，评估波导层结构和材料对光束质量的影响。
3. 输出功率：通过测量激光器的电压-电流特性和光功率-电流特性，分析电极接触层材料和结构对激光器输出功率的影响。
《808 nm半导体激光器外延结构设计及其光电性能研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展，半导体激光器已成为现代光电子技术的重要支柱。
其中，808 nm波段的半导体激光器因其独特的性能和广泛的应用领域，备受科研工作者的关注。
本文旨在研究808 nm半导体激光器的外延结构设计及其光电性能，为该领域的研究和应用提供理论依据和技术支持。
二、外延结构设计1. 材料选择外延结构的选择对于半导体激光器的性能至关重要。
在808 nm波段的半导体激光器中，常用的材料包括InP基、GaN基等。
本文选用InP基材料作为外延结构的主要材料，其具有较高的热导率和良好的光学性能。
2. 结构设计外延结构的设计主要包括量子阱结构、势垒层结构和载流子约束层结构等。
在808 nm半导体激光器的外延结构中，采用多量子阱结构以提高光增益和发光效率；势垒层采用适当的掺杂浓度和宽度，以控制载流子的分布和复合速率；载流子约束层则用于提高光束质量和降低阈值电流。
三、生长与制备生长和制备是外延结构实现的关键步骤。
首先，采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术进行外延生长，通过精确控制生长参数，如温度、压力、气体流量等，实现高质量的外延薄膜。
其次，通过光刻、干湿法刻蚀等工艺，制备出符合设计要求的半导体激光器结构。
四、光电性能研究1. 光学性能通过测量光谱、光功率等参数，研究外延结构对光学性能的影响。
实验结果表明，优化后的外延结构具有较高的光增益和发光效率，降低了阈值电流。
此外，优化后的激光器光谱线宽窄、光束质量高。
2. 电学性能电学性能的测试主要包括电流-电压特性、电阻等参数的测量。
实验结果表明，优化后的外延结构具有较低的电阻和较高的电流承载能力，提高了激光器的电学性能。
此外，优化后的激光器还具有较好的热稳定性和抗干扰能力。
五、结论本文研究了808 nm半导体激光器的外延结构设计及其光电性能。
通过优化外延结构的设计和生长参数，实现了高质量的外延薄膜和符合设计要求的半导体激光器结构。
