大功率宽面808nm GaAsPAlGaAs量子阱激光器分别限制结构设计
44瓦超高功率808nm半导体激光器设计与制作
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》
《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808nmGaAsAlGaAs激光二极管列阵
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。
《808nm半导体激光器外延结构设计及其光电性能研究》
《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。
高功率线性梯度折射率GaAs／AlGaAs单量子阱激光器
．
１５ ｍ ．ｐ
５ｎ ０ ｍ ２ｍ
Ｇ Ａ 缓 冲层 ａｓ
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Ｆ １ Ｓ ｈ ｍａｉ ｔｕ ｔｒ ｆ ｃ ｅ ｔ ｓｒｃｕｅｏ ｃ ＧＲＩ Ｓ Ｈ— ＱＷ ｓｒ Ｎ—Ｃ Ｓ ｌ ｅ ａ
电子领 域 研 究 的 热 点。 与 普 通 分 别 限 制 结 构 （ Ｃ ｏｗ ） 比． Ｓ Ｈｓ 相 采用 梯度折 射率分别 限制结 构 （ ＲＩ Ｓ Ｈ—ｑｗ） Ｇ Ｎ—Ｃ ｓ 的优 点在 于 ： 以形 成垂直 光 可 波导 和载流子 势垒 ， 高 对 光子 和载 流 子 的纵 向 提
超过 ５０ Ｗ， ０ ｒ 激射 波长 为 ８ ０ ３ ｍ， ｏ ２ ．ｒ 并讨论了注 入电流和温度改变对 波长的影响。 ｉ 关 键 词： 梯度折射率 ；分别限制结构 ； 单量子阱 ； 激光器 文献 标识码 ： Ａ
中围分类号：０ ７ ． ４ ２３
１ 引
言
射 率 波 导 层 （ × １ ｃ ’ ；１ ５ ｍ 的 ｐ ２ ０ ｍ一 ） ． － Ａ ａ－ ｌＧ Ｉ （－ ． ） ２ ＝０ ６ 限制 层 （ ２× １ ｃ 一 ； ０ Ｔ ） ｎ
０ ６） 制 层 （ × １ ｃ ． 限 ２ ０ ｍ ） ０ ３ 的 ｎ ； ．６ ｍ ． Ａｌ ａ一 Ａ （ ＝０ ６ ． ） １ ｓ Ｇ ． ～０ ２ 梯度折射 率 渡导 层（ ２ ×１ ｃ ） １ ｒ 的 Ｇ Ａ￥ 子 阱层 （ 掺 杂 ） ０ ｍ ；０ ｍ ｉ ａ 量 未 ； ０３￣ ．６． ｍ的 ｐＡＩ １ — 一 Ｇａ （ ＝０ ２ ． ） ． ～０ ６ 梯度 折
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高功率量子阱 AlGaAs _GaAs 半导体激光器研究综述
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808nm无铝有源区半导体激光器外延结构设计及其性能研究》范文
《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。
《808nm半导体激光器外延结构设计及其光电性能研究》范文
《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。
《808nm半导体激光器外延结构设计及其光电性能研究》范文
《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半导体激光器外延结构设计及其光电性能研究》范文
《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。
《808nm半导体激光器外延结构设计及其光电性能研究》范文
《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、引言在激光技术的迅猛发展中，808 nm半导体激光器以其特定的波长，广泛应用于激光通信、光电子存储和医疗领域等。
本篇论文着重对808 nm半导体激光器的外延结构设计进行深入探讨，并对其光电性能进行了系统研究。
二、外延结构设计1. 结构概述808 nm半导体激光器的外延结构主要包括衬底、缓冲层、有源区以及上下两个电极接触层。
其中，有源区是激光器产生激光的核心部分，其结构直接决定了激光器的光电性能。
2. 关键层设计（1）衬底层：通常选用n型GaAs或n型GaP作为衬底，因其良好的热传导和电子学性能，可以大大提高激光器的使用寿命和性能。
（2）缓冲层：用于调节材料内部的应力，并减少缺陷的产生。
其材料选择及厚度设计需经过精密计算和实验验证。
（3）有源区：包括量子阱结构的设计和掺杂浓度等。
量子阱的设计直接影响着激光器的阈值电流和光谱性能。
（4）电极接触层：采用欧姆接触电极设计，以便电流能顺畅地流入和流出有源区。
三、光电性能研究1. 光学性能分析通过对不同结构设计的808 nm半导体激光器进行光学性能测试，如光功率-电流特性曲线、光谱特性等，得出各结构对光学性能的影响。
结果表明，优化后的外延结构可以显著提高激光器的光功率和光束质量。
2. 电学性能分析通过测量不同结构设计的激光器的I-V特性曲线，分析其电学性能。
结果表明，合理的外延结构设计可以有效降低阈值电流，提高激光器的电光转换效率。
四、实验结果与讨论本部分详细介绍了实验过程及结果，包括外延结构的生长过程、光学和电学性能的测试方法及结果分析。
通过对比不同结构设计的激光器性能，得出优化后的外延结构在提高808 nm半导体激光器光电性能方面的显著效果。
五、结论通过对808 nm半导体激光器外延结构的设计及其光电性能的研究，我们得出以下结论：合理的外延结构设计可以有效提高激光器的光功率、光束质量和电光转换效率，降低阈值电流。
《InGaAs-GaAsP量子阱界面结构及其激光器件性能研究》
《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、引言近年来，随着光电子技术的发展，III-V族半导体材料成为了制作高速、高效的光电子器件的优选材料之一。
在众多III-V族半导体材料中，InGaAs和GaAsP以其独特的光电性能被广泛应用于制造光电器件，特别是激光器件。
本文将重点研究InGaAs/GaAsP量子阱界面结构及其激光器件性能，以期为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、InGaAs/GaAsP量子阱界面结构1. 量子阱基本概念量子阱是一种具有量子尺寸效应的半导体结构，其内部电子的运动受到限制，具有分立的能级结构。
InGaAs/GaAsP量子阱是由InGaAs和GaAsP两种材料交替生长形成的，具有优异的电子和光子特性。
2. 界面结构分析InGaAs/GaAsP量子阱的界面结构对器件性能具有重要影响。
研究表明，界面处的原子排列、化学键合以及能级结构等因素均对器件的光电性能产生影响。
为了探究界面结构的特点，本文采用了高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）对InGaAs/GaAsP量子阱的界面进行了观察。
通过HRTEM观察，我们发现InGaAs/GaAsP量子阱的界面清晰、平整，原子排列有序。
此外，我们还发现界面处存在一定程度的化学键合，使得电子在界面处的传输更加顺畅。
这些特点为制备高性能的激光器件提供了良好的基础。
三、激光器件性能研究1. 器件制备本文采用分子束外延（MBE）技术制备了InGaAs/GaAsP量子阱激光器件。
在制备过程中，我们严格控制了材料的生长条件，以确保获得高质量的量子阱结构。
2. 性能测试与分析为了评估激光器件的性能，我们进行了光谱测试、阈值电流测试以及寿命测试等。
通过测试，我们发现InGaAs/GaAsP量子阱激光器件具有优异的光谱特性和低阈值电流密度。
此外，器件的寿命也得到了显著提高。
在光谱测试中，我们观察到激光器发出明亮的激光，且光谱线宽较窄，表明器件具有较高的光学质量。
《InGaAs-GaAsP量子阱界面结构及其激光器件性能研究》
《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量子阱结构因其独特的光电性能在光电子器件领域得到了广泛的应用。
该结构以其优异的电子束缚能力和光子传输特性，为激光器、光电探测器等光电器件提供了良好的应用前景。
本文将重点研究InGaAs/GaAsP量子阱界面结构及其对激光器件性能的影响。
二、InGaAs/GaAsP量子阱界面结构InGaAs/GaAsP量子阱结构由交替排列的InGaAs和GaAsP薄层构成，各层之间通过精确控制厚度和组分来实现对能带结构的调控。
该结构中，界面处的能带偏移和电子波函数的交叠情况对器件性能具有重要影响。
首先，我们关注InGaAs和GaAsP之间的界面结构。
由于两种材料的晶格常数和能带结构存在差异，界面处会产生能带偏移。
这种偏移会影响电子和空穴的势能分布，进而影响电子和空穴在量子阱中的束缚和传输。
因此，理解并控制这种能带偏移是优化量子阱结构的关键。
此外，电子波函数在界面处的交叠情况也值得关注。
交叠程度决定了电子和空穴在量子阱中的空间分布，从而影响光子的产生和传输。
因此，优化电子波函数的交叠情况对于提高激光器件的性能具有重要意义。
三、InGaAs/GaAsP量子阱激光器件性能研究基于InGaAs/GaAsP量子阱结构的激光器件具有优异的性能，如低阈值电流、高光子输出功率等。
本部分将详细探讨InGaAs/GaAsP量子阱界面结构对激光器件性能的影响。
首先，我们研究了不同能带偏移对激光器阈值电流的影响。
通过调整InGaAs和GaAsP的组分和厚度，可以实现对能带偏移的精确控制。
实验结果表明，适当的能带偏移可以降低激光器的阈值电流，提高器件的响应速度。
其次，我们探讨了电子波函数交叠情况对光子输出功率的影响。
通过优化量子阱结构，使得电子和空穴在空间上更好地交叠，从而提高光子的产生效率。
《InGaAs-GaAsP量子阱界面结构及其激光器件性能研究》
《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、引言近年来，随着光电子技术的快速发展，半导体激光器作为核心元件在光通信、光电子集成、医疗科技等多个领域有着广泛的应用。
其中，InGaAs/GaAsP材料体系因其优异的光电性能而备受关注。
而该材料体系的激光器件性能与其内部的量子阱界面结构有着密切的联系。
因此，深入研究InGaAs/GaAsP量子阱界面结构及其激光器件性能，对于推动半导体激光器技术的发展具有重要意义。
二、InGaAs/GaAsP量子阱界面结构InGaAs/GaAsP量子阱由两种或多种不同能级的材料构成，其中，In元素和GaAs材料构成的是p型区域，而GaAsP则是n型区域。
当它们相互组合形成界面时，电子在两者之间产生的量子限制效应以及带隙效应会对光子进行限域，形成激子并释放出激光。
界面结构主要涉及材料成分的差异和晶体结构的排列。
在InGaAs/GaAsP量子阱中，In的加入会使得能带发生弯曲，产生能量上的限制，进而对电子的传播产生影响。
同时，由于晶格失配和热膨胀系数差异等因素，界面处可能存在一些缺陷和杂质，这些因素都会对激光器件的性能产生影响。
三、量子阱界面结构对激光器件性能的影响首先，从光增益角度来看，界面结构的质量决定了激子形成的效率和寿命。
一个优秀的界面结构可以有效地减少非辐射复合和载流子泄漏，从而提高光增益。
其次，从激光阈值电流的角度来看，界面结构的优化可以降低阈值电流，提高激光器的效率。
此外，界面结构还会影响激光器的光谱特性、温度稳定性等性能指标。
四、InGaAs/GaAsP激光器件性能研究针对InGaAs/GaAsP量子阱的激光器件性能研究，目前主要关注其高效率、低阈值、高稳定性等方向。
通过优化材料生长技术、改善界面结构、调整掺杂浓度等手段，可以有效地提高激光器的性能。
例如，采用分子束外延（MBE）或金属有机化学气相沉积（MOCVD）等先进的生长技术可以获得高质量的量子阱结构；通过精确控制In的含量和分布，可以优化能带结构，提高激子的产生和传输效率；通过合理的掺杂浓度和类型的设计，可以降低载流子的复合速率和降低阈值电流等。
《808nm半导体激光器外延结构设计及其光电性能研究》范文
《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、引言随着半导体技术的不断进步，808 nm半导体激光器因其在医疗、工业和军事领域的重要应用而备受关注。
激光器的性能取决于其外延结构的精密设计，因此，对808 nm半导体激光器外延结构的设计及其光电性能的研究显得尤为重要。
本文将详细探讨808 nm半导体激光器的外延结构设计及其光电性能的研究进展。
二、808 nm半导体激光器外延结构设计1. 材料选择在808 nm半导体激光器的外延结构设计中，首先需要选择合适的材料。
根据能级结构和光波长需求，我们选择了一种高电子迁移率、高光增益的材料体系。
该材料体系具有良好的光学和电学性能，有利于提高激光器的光电转换效率和输出功率。
2. 结构设计外延结构设计是激光器性能的关键因素之一。
我们采用多层膜堆叠的方式，设计了一种具有高光学质量和低缺陷密度的外延结构。
该结构包括缓冲层、n型层、有源层和p型层等部分。
其中，有源层的设计是实现激光器光发射和能量转化的核心。
此外，通过优化膜厚和组分等参数，可以进一步优化外延结构的性能。
三、外延结构的生长与制备1. 生长技术采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术进行外延结构的生长。
该技术具有生长速度快、重复性好等优点，可以精确控制材料的组分和厚度。
2. 制备过程在外延结构生长过程中，需要对温度、压力和气源流量等参数进行严格控制，以保证材料的质量和可靠性。
制备过程中还涉及到了多种清洗、热处理和掺杂等步骤，这些步骤都对最终的激光器性能有着重要影响。
四、光电性能研究1. 光学性能通过测量激光器的光谱、阈值电流、斜率效率等参数，评估其光学性能。
研究发现，经过优化的外延结构能够获得更窄的谱线宽度和更低的阈值电流，表明其光学性能得到了显著提高。
2. 电学性能通过分析电流-电压特性曲线和阻抗谱等电学参数，评估激光器的电学性能。
研究表明，优化的外延结构具有更低的电阻和更高的电导率，这有利于提高激光器的输出功率和效率。
《808nm半导体激光器外延结构设计及其光电性能研究》
《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。
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型限制层的电子密度 ,其表达式为
np
=
2
(
2πmc
h2
T
)
3/
2
e
xp
(
-
Δ E/
kT)
(9)
其中 mc 为载流子有效质量 ;ΔE 为限制电子势垒 ,
即 p 型限制层的导带底能级与量子阱的准费米能级
之差. 由公式 (8) 可分别计算出电子从 p 型 Al GaA s
限制层Γ谷 、X 谷的漏电流密度.
2005206216 收到 ,2005207221 定稿
导致阈值电流密度增加 ,外量子效率下降 ,温度特性 变差[6] . 因此 ,人们提出采用无铝材料作为有源区 , 而波导层和限制层采用导带带阶较大的含铝材料 , 如 GaA sP/ Al GaA s 结构. 这种量子阱有源区结构具 有无铝材料的优点 ,且量子阱层与波导层和上限制 层的较大导带带阶能够有效减小漏电流 ,降低阈值 电流密度 ,改善激光器温度特性. 另外 , GaA sP/ Al2 GaA s 张应变量子阱在端面的驰豫形成非吸收窗 口 ,能够减少端面对光子的吸收[7] .
第 26 卷 第 12 期 2005 年 12 月
半 导 体 学 报
C H IN ESE J OU RNAL O F SEMICONDUC TORS
Vol. 26 No . 12 Dec. ,2005
大功率宽面 808nm Ga AsP/ Al Ga As 量子阱激光器 分别限制结构设计
d2 u ( x) d x2
+ [ k20 n2 ( x)
- β2 ] u ( x)
=0
(1)
其中 x 为垂 直结 方向 ; k0 = 2π/λ0 为 真 空 波 数 ;
n( x) 为折射率沿外延方向的分布 ;β为传播常数. 应
用 TM 模式的边界条件即可求得各阶模式的电磁
场分布 u( x) ,从而可进一步计算光限制因子Γ和远
关键词 : 大功率 808nm 半导体激光器 ; GaAsP/ Al GaAs 量子阱激光器 ; 分别限制异质结构 PACC : 4255 P ; 4260B EEACC : 4320J 中图分类号 : TN248. 4 文献标识码 : A 文章编号 : 025324177 (2005) 1222449206
(4)
由方程 I (θ1/ 2 ) / I ( 0) = 1/ 2 可求得半发散角θ1/ 2 , 则
光束垂直发散角为
θ⊥ = 2θ1/ 2
(5)
2. 2 阈值电流密度
对于量子阱激光器 ,假设阈值电流密度主要包
括两部分 :辐射复合电流密度 J r 和载流子漏电流密
度 J l [12 ] ,即
Jth = J r + Jl
图 3 最大出光功率与波导层厚度函数关系 Fig. 3 Maximal o utp ut power as a f unction of t hick2 ness of graded index waveguide layer
Ζ 2005 中国电子学会
2450
半 导 体 学 报
第 26 卷
2 理论分析
2. 1 光束特性
为了计算 GaA sP/ Al GaA s 分别限制结构量子
阱激光器的光束特性 ,把 GaA sP/ Al GaA s 分别限制
结构看成一维平板波导 ,其能带结构如图 1 所示. 对
于 TM 模式 ,沿腔长 z 方向传播的波动方程为[10]
有效光斑尺寸为[11 ]
deff = d/ Γ
(3)
其中 d 为量子阱的厚度.
光场模式的远场相对强度 I (θ) / I (0) 表示为
∫ I (θ) / I (0) = co s2θ| u( x) exp × all
∫ [ i ( k0 sinθ) x ]d x | 2 / | u( x) d x | 2 all
Er bert [8] 研究了 GaA sP/ Al GaA s 大光 腔结 构 量子阱激光器. 在激射波长 715nm 至 840nm 范围 内 ,他们获得了高的输出功率和转换效率. Sebas2 tian[9] 研 究 了 大 光 腔 结 构 810nm GaA sP/ Al GaA s 激光器 ,也得到了高的输出功率和良好的光束特性. 但是到目前为止 ,还没有研究人员从理论上对 GaA sP/ Al GaA s 量子阱激光器进行分析和设计. 本 文从理论上对 GaA sP/ Al GaA s 分别限制结构量子 阱激光器进行了分析. 对一定的波导层和限制层铝 组分 ,采用窄波导结构可以获得条宽 100μm 器件的 最大输出功率为 111 2W ,发散角为 19°,阈值电流密 度为 266A/ cm2 ;采用宽波导结构可以得到器件的 最大输出功率为 91 4W ,发散角为 32°,阈值电流密 度为 239A/ cm2 .
3 数值计算结果
这里 ,由于折射率的虚部对波导性质影响很小 , 计算中只考虑材料的实折射率[17] . 对于张应变的 GaA sP 量子阱 ,根据实际外延的水平 ,将其厚度固 定为 17nm. 因此 ,这里主要分析波导层和限制层的
第 12 期
王 俊等 : 大功率宽面 808nm GaAsP/ Al GaAs 量子阱激光器分别限制结构设计
窄波导结构 ,或者波导层较厚的宽波导结构. 比较 (1) , (2) 两种情况可以发现 ,当限制层铝组分相同 , 波导层铝组分较大时 ,其最大出光功率较大. 比较 (2) , (3) 两种情况可知 ,当波导层铝组分相同 ,限制 层铝组分较大时 ,其最大出光功率较小. 因此 ,当波 导层与限制层铝组分相差较小时 ,有利于得到较大 的输出光功率. 如情况 (2) 曲线所示 ,波导层的厚度 为 20nm 时 ,最大输出功率可达到 111 2W ,波导层的 厚度为 500nm 时 ,最大输出功率为 91 4W.
1 引言
大功率 808nm 半导体量子阱激光器被广泛应 用于泵浦固体激光器 、激光加工和激光医疗等领域. 由于实际应用要求激光器的功率越来越大 ,人们采 用各种材料和结构来提高激光器的功率. 从外延片 的材料和结构上看 ,有匹配量子阱和应变量子阱结 构 ,含铝结构和无铝结构以及大光腔结构等[1 ,2] . 一 般对 808nm 半导体量子阱激光器而言 ,限制其输出 光功率的主要因素有 :高输出光功率密度引起的腔 面光学灾变损伤 ;各种载流子非辐射复合和漏电流 引起的有源区和腔面温升[3] .
射复合电流密度 ,这里采用半经验的计算方法. 假设
GaA sP/ Al GaA s 量子阱激光器的增益表达式为对
数形式 ,则其阈值电流密度可表示为[14]
Jr
=
J0
ηi
e
xp
(Γαgt 0 )
(7)
其中 ηi 为电流注入效率 ; J 0 为透明电流密度 ;Γ
为光限制因子 ; g0 为材料增益系数 ;αt 为总的光损
2451
厚度和组分对激光器的光束特性和阈值电流密度的 影响. 由于太高 Al 组分的 Al GaA s 材料容易被氧 化 ,影响器件的可靠性 ,因而这里选择最高限制层的 Al 组分为 01 6. 设波导层和限制层的组分分别为 xw 和 xc ,为了便于分析波导层和限制层的组分对器件 特性的影响 ,这里选择三种情况进行分析比较 : (1) xw = 01 3 , xc = 01 5 ; (2) xw = 01 4 , xc = 01 5 ; (3) xw = 01 4 , xc = 01 6. 由 (1) , (2) 两种情况 ,可以比较不同波 导层组分的作用 ;由 (2) , (3) 两种情况 ,可以比较不 同限制层组分的作用. 计算中将限制层的厚度固定 为 11 5μm. 图 2 至图 5 分别绘出了光限制因子 、最大 出光功率 、垂直发散角和阈值电流密度随波导层厚 度变化的函数关系.
(6)
对于量子阱激光器的辐射复合电流密度 ,可根
据 8 带 k ·p 哈密顿量计算出 GaA sP/ Al GaA s 量子
阱的材料增益与辐射复合电流密度的函数关系 ,从
而得到阈值时激光器的辐射复合电流密度[7] . 但是 ,
由于各种材料参数的不确定性 ,这种方法的计算结
果往往与实验值相差很大[13] . 为了得到更准确的辐
J l = eD np [
1 L2
+
1 4 Z2
co t
h
(
1 L2
+
1 4 Z2
xp )
+
1 2Z
]
(8)
这里 D =μk T/ e 为限制层电子扩散系数 ; L = Dτ
为限制层电子扩散长度 ; Z = k Tσp / eJ th 为限制层电
子电场漂移长度 ;σp 为 p 型限制层的电导率 ; np 为 p
耗 ,包括腔内损耗和端面损耗.
对于宽面 GaA sP/ Al GaA s 分别限制量子阱宽
条激光器 ,这里仅考虑沿垂直结方向 ,载流子从有源
区向限制层的泄漏. 与电子漏电流相比 ,空穴的漏电
流很小 ,因而只需计算电子从有源区向 p 型限制层
的漏电流[15] . 根据载流子的输运理论可以把漏电流
表示为[ 16 ]
王 俊 马骁宇 林 涛 郑 凯 冯小明