44瓦超高功率808nm半导体激光器设计与制作剖析

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）。

808nm半导体激光器的设计与分析的开题报告
标题：808nm半导体激光器的设计与分析
研究背景：
半导体激光器是一种重要的光学器件，其具有小体积、高效率、可靠性强等优点，在通信、医疗、材料加工等领域得到了广泛应用。

808nm半导体激光器是一种常用的激光器类型，在医疗领域、材料加工等方面有着广泛的应用。

因此对其进行设计与分析具有实际意义。

研究内容：
本文主要研究808nm半导体激光器的设计与分析，其中包括以下几个方面：
1. 808nm半导体激光器的材料选择与制备；
2. 808nm半导体激光器的结构设计；
3. 808nm半导体激光器的电学性能分析；
4. 808nm半导体激光器的光学性能分析；
5. 808nm半导体激光器的性能测试与评估。

研究方法：
本研究将采用理论计算与实验测试相结合的方法，其中理论计算部分主要涉及到材料物理学、激光器理论等方面的知识，在理论计算的基础上进行器件结构设计与电光性能仿真模拟；实验部分将采用光源分析仪、光学显微镜、高速示波器、功率计等仪器进行性能测试与评估。

研究意义：
本研究将对808nm半导体激光器的设计、制备与性能分析进行深入研究，能够为相关领域的研究工作提供一些理论与实践的参考。

同时，
本研究还能够促进半导体激光器技术的发展，为相关领域的发展做出突
出贡献。

关键词：
808nm半导体激光器；材料选择；结构设计；电光性能；性能测试。

超高功率半导体激光器的设计与制造激光器自问世以来，就被人们广泛应用于工业、医疗、军事、通信等领域。

而在这些激光器类型中，半导体激光器具有小巧、高效、性价比低等优点，成为了一种备受推崇的激光器类型。

但即便如此，很多人仍不知道半导体激光器能够发出的激光功率非常有限，一般不超过数千瓦。

而超高功率半导体激光器则为研究人员提供了突破这个界限的机会。

1.设计超高功率激光器的技术挑战在设计超高功率半导体激光器时，需要解决许多挑战。

首先是如何增大激光输出功率，以及如何控制激光束质量。

另一个挑战是如何消除产生和扩展热的问题，因为随着激光功率的增加，激光器中的热问题也将变得越来越严重。

除此之外，研究人员还需考虑到制造成本和性能的平衡问题。

因为提高激光器的功率意味着需要使用更多的材料，并增加激光器的规模，这会导致制造成本的增加。

因此，研究人员需要在平衡系统性能和成本的基础上，尽可能地提高激光器的功率。

2.如何解决激光束质量问题激光束质量是评估激光器质量的一个关键指标。

激光束质量较好的激光器往往能够提高激光通信和工业加工的效率。

而在超高功率半导体激光器的设计中，如何保证激光束质量成为了一个需要解决的问题。

对于这个问题，有两个解决方案：一是采用特殊的光学器件来纠正激光束，另一种方法是在激光器的设计阶段就采取相应的措施，以支持高质量的激光束产生。

3.采用多通道极化使热扩散更均匀超高功率半导体激光器发射出的激光功率非常高，因此在激光器内部产生的热量也很大，需要能够快速散热来维持激光器的正常工作。

因此，在超高功率半导体激光器中，通常使用多通道极化来保证热扩散更加均匀，从而减小温度的梯度。

在多通道极化中，研究人员会将多个纵向功率分布相同的激光器单元结构互相并联起来，从而实现大功率输出并降低热扩散不均这个问题。

4.提高硅基半导体激光器的功率硅基半导体激光器是一种非常有前途的半导体激光器类型，因为它能够通过标准CMOS工艺制造。

此外，硅基半导体激光器的电光转换率非常高，能够在稳定的温度条件下实现高功率输出。

《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波长的半导体激光器因其特定的光波长，在诸多领域中有着广泛的应用前景。

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，以期为该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，我们选择了具有高电子迁移率和高光学质量的材料体系。

主要材料包括n型和p型掺杂的GaN、InP 等。

2. 结构设计外延结构的设计包括量子阱、势垒层、注入层等部分。

其中，量子阱的设计是实现激光器高效辐射的关键。

我们采用多量子阱结构，以提高激光器的发光效率和稳定性。

此外，势垒层和注入层的设计也对于激光器的光电性能有着重要影响。

三、制备工艺制备工艺是影响半导体激光器性能的关键因素之一。

我们采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术进行外延生长。

在生长过程中，严格控制温度、压力、气体流量等参数，以确保外延结构的质量和均匀性。

此外，我们还采用先进的湿法化学处理技术，对制备好的外延结构进行表面处理和清洁。

四、光电性能研究1. 光学性能通过测量光谱、光功率等参数，我们研究了808 nm半导体激光器的光学性能。

实验结果表明，该激光器具有较高的发光效率、较低的阈值电流和良好的光谱稳定性。

这主要得益于我们优化的外延结构和制备工艺。

2. 电学性能我们通过测量电流-电压曲线、量子效率等参数，研究了808 nm半导体激光器的电学性能。

实验结果表明，该激光器具有较低的驱动电压和较高的量子效率。

这表明我们的外延结构和制备工艺在提高激光器电学性能方面取得了良好的效果。

五、结论通过对外延结构和制备工艺的研究，我们成功设计并制备了具有优异光电性能的808 nm半导体激光器。

实验结果表明，该激光器具有高发光效率、低阈值电流、低驱动电压和高量子效率等优点。

《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。

《808 nm半导体激光器外延结构设计及其光电性能研究》一、引言随着科技的飞速发展，半导体激光器在通信、医疗、显示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，在生物医学、材料加工等领域具有重要应用价值。

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，以期为该领域的进一步发展提供理论依据和实验支持。

二、外延结构设计1. 设计原理外延结构的设计是半导体激光器的关键技术之一。

针对808 nm波段的半导体激光器，我们采用了多量子阱（MQW）结构，通过精确控制量子阱的层数、厚度以及掺杂浓度等参数，实现激光器的能级结构和光学增益的优化。

2. 结构设计外延结构主要包括衬底、缓冲层、有源区以及上下两个包覆层。

其中，衬底选用具有优良导热性能的衬底材料，以确保激光器在工作过程中具有良好的热稳定性。

缓冲层用于改善晶格匹配，减少应力，提高外延层的质量。

有源区则是激光产生的核心部分，我们采用了多量子阱结构，以提高光增益和降低阈值电流。

上下包覆层则用于提高光束质量和控制光场的分布。

三、制备工艺在制备过程中，我们采用了金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术，通过精确控制生长温度、压力、气体流量等参数，实现了外延结构的精确制备。

同时，我们还采用了离子注入技术对量子阱进行掺杂，以提高其导电性能。

四、光电性能研究1. 光学性能通过测试，我们发现所制备的808 nm半导体激光器具有较高的光功率和较低的阈值电流。

其光束质量良好，具有较低的发散角和较高的光学模式纯度。

此外，我们还观察到其光谱纯度较高，表现出较低的光学噪声。

2. 电学性能在电学性能方面，我们测试了激光器的伏安特性、电容-电压特性等参数。

结果表明，该激光器具有较低的驱动电压和较高的响应速度，表现出良好的电学性能。

此外，我们还观察到其热稳定性较好，在高温环境下仍能保持良好的光电性能。

五、结论本篇论文研究了808 nm半导体激光器的外延结构设计及其光电性能。

《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。

808nm高功率半导体激光巴条：创新驱动的激光技术应用随着科技的不断发展，激光技术已经渗透到各个领域，为人们的生产和生活带来了前所未有的变革。

在众多激光技术中，808nm高功率半导体激光巴条以其独特的优势和应用前景，正逐渐受到业界的关注和重视。

一、808nm高功率半导体激光巴条简介808nm高功率半导体激光巴条是一种采用808nm波长的半导体激光器制造的激光巴条。

这种激光巴条具有高功率、高亮度、高可靠性等特点，被广泛应用于材料加工、医疗、科研等领域。

与传统的激光器相比，808nm高功率半导体激光巴条具有更高的光电转换效率、更长的使用寿命和更低的成本，成为了一种极具竞争力的激光技术。

二、808nm高功率半导体激光巴条的应用领域1．材料加工领域在材料加工领域，808nm高功率半导体激光巴条可以用于金属和非金属材料的切割、焊接、熔覆等加工过程。

与传统激光器相比，808nm高功率半导体激光巴条具有更高的加工效率、更低的加工成本和更好的加工质量。

此外，由于其高功率和高亮度的特点，还可以实现大型工件的远程加工，从而降低了工件表面的热影响区和变形量。

这些优势使得808nm高功率半导体激光巴条在材料加工领域具有广泛的应用前景。

2．医疗领域在医疗领域，808nm高功率半导体激光巴条可以用于皮肤科、外科等领域，用于治疗血管瘤、雀斑、痤疮等皮肤疾病。

与传统激光器相比，808nm高功率半导体激光巴条具有无痛、无副作用、恢复快等优点。

此外，由于其高精度和高稳定性的特点，还可以实现精确的皮肤重塑和美容整形手术。

这些优势使得808nm高功率半导体激光巴条在医疗领域具有广泛的应用前景。

3．科研领域在科研领域，808nm高功率半导体激光巴条可以用于光谱分析、激光雷达、光学通信等领域。

与传统激光器相比，808nm高功率半导体激光巴条具有更高的精度和稳定性，以及更长的使用寿命和更低的维护成本。

这些优势使得808nm高功率半导体激光巴条在科研领域具有广泛的应用前景。