1 中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光重点实验室，四川 绵阳 621900
对976 nm波段超大光学腔结构半导体激光器的外延和谐振腔设计进行了数值研究。在量子阱层的下方和上方设计了模式控制层，以抑制快轴高阶模的激射。通过能带结构的调控抑制了电子泄漏，调控使得电子势垒从p波导层到p包层增加。优化后的外延结构内部损耗为0.66 cm-1，内部量子效率为0.954，远场发散角半高全宽为17.4°。对于谐振腔设计，提出了沿谐振腔线性电流分布结构，以减少空间烧孔效应，这使激光器在20 A时功率提高了1.0 W。采用超大光学腔外延结构的4 mm腔长、100 μm发光区宽度的单管芯片，在25°C连续电流注入下，21 W输出功率时达到约71%的高功率效率。
量子阱激光器 超大光腔 载流子泄露 效率 quantum-well lasers supper-large-optical-cavity carrier leakage efficiency
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
3 海南师范大学物理与电子工程学院 海南省激光技术与光电功能材料重点实验室, 海南 海口 571158
4 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
为了提高低温工作环境下808 nm半导体激光器的输出特性, 深入研究了电光转换效率的温度特性。结合载流子泄漏抑制和器件串联电阻的优化考虑, 从理论上深入分析了有源区量子阱内的载流子限制现象, 提出针对低温工作环境下的势垒高度及相应的量子阱结构设计方法, 包括势垒层的材料组分、厚度等重要参数的优化, 极大地改善了器件在低温工作环境下的性能。采用优化后的外延结构, 制备了腔长2 mm的半导体激光巴条。在工作温度-50 ℃、注入电流为600 A时, 巴条输出功率达到799 W, 电光转换效率为71%, 斜率效率为1.34 W/A; 注入电流为400 A时, 器件达到最高电光转换效率73.5%, 此时的载流子限制效率约为99%, 串联电阻为0.43 mΩ; 在-60~60 ℃温度范围内, 中心波长随温度的漂移系数为0.248 nm/℃。
半导体激光器 载流子泄漏 低温 高效率 温度效应 semiconductor laser carrier leakage low temperature high efficiency temperature effects
1 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心, 北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
为了提高半导体激光二极管的输出功率和可靠性,通过在有源区两侧势垒层和波导层之间引入高禁带宽度的GaAsP,抑制有源区载流子的泄漏,极大地改善了器件的性能。研究结果表明:在10~40 ℃温度范围内器件特征温度从原来的150 K提高至197.37 K(-75.76 ℃),峰值波长随温度的漂移系数为0.207 nm/℃;条宽200 μm、腔长2000 μm的9XX nm激光二极管可靠性工作的最大输出功率高达14.4 W;器件在注入电流为7 A时取得71.8%的最大电光转换效率,斜率效率为1.21 W/A。器件在恒定电流下的加速老化测试显示激光二极管可靠性工作寿命达2000 h以上。
激光光学 激光二极管 载流子泄漏 特征温度 波长漂移 寿命
刘诗涛 1,2,3,*王立 1,2,3伍菲菲 1,2,3杨祺 1,2,3[ ... ]黄海宾 1,2,3
1 南昌大学 材料科学与工程学院， 江西 南昌330031
2 南昌大学 国家硅基LED工程技术研究中心， 江西 南昌330047
3 南昌大学 光伏研究院， 江西 南昌330031
通过测量光电流，直接观察了InGaN/GaN量子阱中载流子的泄漏程度随温度升高的变化关系。当LED温度从300 K升高到360 K时，在相同的光照强度下，LED的光电流增大，说明在温度上升之后，载流子从量子阱中逃逸的数目更多，即载流子泄漏比例增大。同时，光电流的增大在激发密度较低的时候更为明显，而且光电流随温度的增加幅度与激发光子的能量有关。用量子阱-量子点复合模型能很好地解释所观察到的实验现象。实验结果直接证明，随着温度的升高，InGaN/GaN量子阱中的载流子泄漏将显著增加，而且在低激发密度下这一效应更为明显。温度升高导致的载流子泄漏增多是InGaN多量子阱LED发光效率随温度升高而降低的重要原因。
InGaN/GaN多量子阱 发光二极管 载流子泄漏 量子效率 InGaN/GaN MQWs light-emitting diodes carrier leakage quantum efficiency 
