1.06μm大功率连续半导体激光器

　　0　引　言

　　1.06μm激光器广泛应用于材料加工、医用、信息存储和军事等方面,市场上1.06μm激光器多以固体激光器为主。随着半导体激光器研究的不断深入,由于其体积小、重量轻、转换效率高,使得1.06μm半导体激光器取代固体激光器系统,独立应用于各种系统中成为可能[1-6]。目前,国际上该波段器件已有成熟产品推出,而国内尚未见到。本文对不同材料结构的1.06μm半导体激光器性能参数进行了测试分析,并对样品进行了寿命老化测试。

　　1　材料外延

　　分别限制结构具有较好的光子和电子分别限制作用,有利于提高光场限制因子,可明显降低阈值电流,提高激光器的功率输出水平。此外,在量子阱区引入适当的压应变来改变材料的能带结构,可使量子阱激光器的透明载流子密度大为降低,在相同的注入载流子浓度下,峰值光增益显著提高,从而降低了器件的阈值电流密度[7]。文中采用了In-GaAs/AlGaAs分别限制压应变量子阱结构外延材料。

　　材料生长使用德国AIXTRON- 2000型MOCVD设备, p型掺杂剂采用DEZn, n型掺杂剂采用SiH4,在n型GaAs衬底上生长双量子阱(05179-2)和单量子阱(08086-2)两种材料结构,材料结构分别如图1、2所示。两种材料结构的量子阱都是采用6nm的InGaAs材料,波导层都是250nm的GaAs材料,限制层为1 100nm的Al0.30Ga0.70As材料。二者区别:双量子阱材料结构的p限制层掺杂浓度为2×1017/cm3,单量子阱材料结构的p限制层掺杂浓度为3.3×1017/cm3。

　　2　材料参数提取

　　采用以上两种材料,制成发射孔径为100μm的宽区激光器单管,不镀膜。下面通过对不同腔长(1、1.5、2、2.5mm)的单管LIV测试结果进行分析提取材料内部特性参数。外量子效率η与内量子效率ηi、腔长L的关系为[8]

　　式中:αi为内损耗; Rf、Rb分别为激光器前、后腔面的反射率。

　　阈值电流密度Jth与透明电流密度Jtr、模式增益ΓG0、腔长L的关系为[9]

　　器件未镀膜时,前后腔面反射率相等,约为0.32,根据不同腔长的器件参数测试结果,可得到1/η与L和ln (Jth)与1/L的拟合关系,如图3、4所示,进而得出αi、ηi、ΓG0、Jth,见表1。

　　测试结果讨论:两种材料结构的内量子效率ηi和αi内损耗基本一致;虽然双阱的限制因子Г是单阱的2倍,但测试结果显示,双阱ΓG0仅比单阱大33%,所以单阱的阈值电流密度反而小,如图5所示。由图6可以看出单阱材料(08086-2)的串联电阻小,这是因为单阱材料的p限制层掺杂浓度高。

　　综上所述,作者选用08086-2单量子阱、高掺杂的材料结构来制作1.06μm大功率半导体激光器