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
高输出功率和长期可靠性是高功率半导体激光器得以广泛应用的前提,但高功率密度下腔面退化导致的光学灾变损伤(COD)制约了激光器的最大输出功率和可靠性。为了提高915 nm InGaAsP/GaAsP半导体激光器的COD阈值,利用金属有机物化学气相沉积设备来外延生长初次样片。探讨了量子阱混杂对初次外延片发光的影响。此外,使用光致发光谱测量了波峰蓝移量和发光强度。实验结果表明,在退火温度为890 ℃、退火时间为10 min条件下,波峰蓝移量达到了62.5 nm。对初次外延片进行量子阱混杂可得到较大的波峰蓝移量,且在退火温度为800~890 ℃、退火时间为10 min的条件下峰值强度均保持在原样片峰值强度的75%以上。
1 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, 西安 710119；中国科学院大学, 北京 100049
2 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, 西安 710119
为了解决阵列中每个发光点性能分布不均的问题，研究了微通道水冷封装的960 nm半导体激光器阵列，阵列包含38个发光点，腔长为2 mm，在驱动电流为600 A、占空比为10%的条件下，输出的峰值功率达到665.6 W，电光转换效率为63.8%，中心波长为959.5 nm.通过对应力的理论分析，给出了各个发光点应变的表达式；通过搭建单点测试系统获得阵列中每个发光点的阈值电流、斜率效率、光谱和功率等光电特性；结合应变理论分析可知，器件中发光点的性能与应变大小和类型密切相关，压应变会导致器件波长蓝移、阈值电流降低、功率和斜率效率升高，张应变会导致波长红移、阈值电流升高、功率和斜率效率降低.研究表明，影响器件内部发光点的性能不仅与热效应有关，而且与封装后残余的应变密切相关，通过应力的分布可以预测阵列性能的变化规律，可为高峰值功率、高可靠性的半导体激光阵列的研制提供参考.
高功率半导体激光阵列 独立发光点 应变 微通道 光电特性 High-power semiconductor laser array Independent emitter Strain Microchannel Photoelectric characteristics
1 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
2 中国科学院大学， 北京 100049
高峰值功率半导体激光阵列在高温工作条件中的应用需求日益凸显，本文以微通道封装的高峰值功率960 nm半导体激光阵列为研究对象，通过精密控温系统测试了其在10~80 ℃范围内峰值功率、电光转换效率、工作电压和光谱等一系列光电特性，结合理论分析，给出不同温度下电光转化效率的能量损耗分布。结果表明，工作温度从10 ℃升高到80 ℃后，电光转化效率从63.95%下降到47.68%，其中载流子泄漏损耗占比从1.93%上升到14.85%，是导致电光转换效率下降的主要因素。该研究对高峰值功率半导体激光器阵列在高温应用和激光芯片设计方面具有重要的指导意义。
高功率半导体激光阵列 高温 微通道 电光转化效率 能量损耗分布 high-power semiconductor laser array high temperature microchannel power conversion efficiency energy loss distribution
1 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重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 西安炬光科技股份有限公司, 陕西 西安 710077
可靠性是高功率半导体激光器（HLD）的一个重要性能。热加速寿命试验是HLD寿命评价和可靠性分析的重要技术。在本文中, 我们在高温测试平台上对铟焊料封装的18个中心波长为808 nm的传导冷却型HLD单巴器件在恒定电流60 A条件下进行55, 65, 80 ℃ 3组热沉温度下的热加速寿命试验。根据器件输出功率在加速寿命测试期间的降低趋势, 得到该批HLD器件的寿命分别为1 022, 620, 298 h, 再根据Arrhenius公式得到该器件的激活能为0.565 41 eV, 从而外推得到器件在室温下的寿命为5 762 h。可见55 ℃下器件寿命加速了5倍, 而在65 ℃下寿命加速了8.5倍, 80 ℃下寿命加速17倍。此外, 我们还分析了器件热加速寿命试验后的性能。
高功率半导体激光器 热加速寿命测试 可靠性 退化 high power semiconductor laser thermally accelerated ageing test reliability degradation
1 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 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
2 μm波段GaSb基大功率激光器在诸多领域具有广阔的应用前景,如气体探测、医疗美容、激光加工等。基于功率提升, 综述和讨论了2 μm波段GaSb基激光器结构的发展过程, 介绍了目前国内外的研究状况, 讨论和分析了GaSb基激光器提升功率、效率的主要技术问题。并详细介绍了该领域近年来在传统激光器中引入的两种新结构, 分析了其技术优势。指出目前2 μm波段GaSb基大功率激光器面临瓶颈, 并讨论了其发展趋势。
大功率半导体激光 GaSb基 high power semiconductor laser 2 μm 2 μm GaSb-based 红外与激光工程
2018, 47(5): 0503003
1 江苏科技大学 材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212000
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 发光学及应用国家重点实验室, 长春 13003
3 森萨塔科技有限公司, 江苏 常州 213000
数值分析了大功率半导体激光器模块的散热特性及温度场, 以及焊料、热沉、导热胶和冷水板温度等参数对芯片内部最高温度的影响。结果表明, 焊料厚度小于 24μm 时, 其导热系数对芯片内部最高温度影响较弱, 无高阻层形成; 芯片内部最高温度随着热沉长或宽尺寸及导热系数的增大, 呈指数形式下降, 随着热沉厚度的增大呈对数形式升高; 当导热胶导热系数大于20W/(m·K)、厚度小于30μm时, 芯片温度趋于稳定; 冷水板温度与芯片内部最高温度呈比例系数为1的线性相关性。根据分析结果提出了激光器封装部件的尺寸、导热系数或材料的设计和选择原则。
大功率半导体激光器 温度场 热沉 焊料 high power semiconductor laser temperature field heat sink solder
1 咸阳师范学院 物理与电子工程学院, 陕西 咸阳 712000
2 中国电子科技集团公司 第十三研究所, 石家庄 050051
激光器是理想的电光直接转换器件, 延长半导体激光器的使用寿命, 提高半导体激光器的可靠性, 是大功率半导体激光器的研究热点。文中采用温度应力加速和电流步进应力两种老化方法对808 nm的大功率半导体激光器进行老化试验, 得到寿命分别为1 682 h和1 498 h, 实验结果基本一致, 并在显微镜下观察破坏性老化试验之后的器件, 分析得到失效原因主要来自腔面退化、焊料退化和欧姆接触不良。
大功率半导体激光器 温度应力加速老化 电流步进应力老化 可靠性分析 high power semiconductor laser temperature stress accelerated aging current step stress aging reliability analysis
1 咸阳师范学院 物理与电子工程学院, 陕西 咸阳 712000
2 中国电子科技集团公司第十三研究所, 石家庄 050051
激光器工作时由于存在各种非辐射复合损耗和自由载流子吸收等损耗机制, 使注入到器件中的部分电功率转换成热耗散在激光器内, 直接影响激光器的效率和寿命, 因此散热处理一直是一个引人注意的焦点。采用微通道载体解决大功率半导体激光器阵列连续工作时散热问题, 通过ANSYS软件模拟优化结构参数, 实验测得了大功率半导体激光器阵列热阻。
大功率半导体激光器 微通道热沉 散热技术 high power semiconductor laser micro channel heat sink thermal dissipation technology
1 长春理工大学高功率半导体国家重点实验室, 吉林 长春 130022
2 长春机械科学研究院有限公司, 吉林 长春 130103
为了提高980 nm半导体激光器的出光功率，在外延结构中加入了扩展波导，并优化了激光器的垒层厚度和波导层组分，将光场以有源区为中心的对称分布转化为以扩展波导和有源区同为中心的对称分布，降低了有源区限制因子，提高了输出功率，同时增加了出光面积，降低了器件腔面的光功率密度，避免器件出现光学灾变损伤。
激光器 高功率半导体激光器 波导 限制因子 光学学报
2014, 34(s2): s214010
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
提升宽条形半导体激光器腔面抗光学灾变（COD）能力，改善宽条形半导体激光器的输出工作特性，一直是高亮度大功率宽条形半导体激光器器件工艺研究的核心。基于氮氢混合气体的等离子体反应钝化原理，通过AlN高效导热薄膜作为腔面钝化保护层，实现器件最大输出功率提高达66.7%；连续电流工作时，3.5 W功率输出的情况下，其千小时退化率小于0.73%。
光电子学 高亮度大功率半导体激光器 等离子体 腔面钝化 激光与光电子学进展
2013, 50(12): 122502
