高功率半导体激光器抗cod关键技术研究

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1、分类号：UDC：TN365编号：高功率半导体激光器抗COD关键技术研究ResearchonAntiCatastrophicOpticalDamageofHighPowerSemiconductorLaserDiodes学位授予单位及代码：筮查堡王太堂(!Q!墨鱼2学科专业名称及代码：当堂王猩(Q墨Q三QQ2研究方向：光电王撞盔拯应届指导教师：莲拯堂论文起止时间：2Q!!!Q窆=2Q1311Q申请学位级别：蝗±研究生：周路长春理工大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的博士学位论文《高功率半导体激光器抗COD关键技术研究》是本人在指导教师的

2、指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：堕避兰丝年王月兰∑日长春理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究所、中国优秀博硕士学位论文全文数据库和CNKI系列数据库及其它国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授

3、权长春理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：指导导师签名：卫生年土月望日W础j月监日摘要高功率半导体激光器由于体积小、效率高、调制简单等一系列优点，受到广泛的关注和应用。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，而灾变性光学镜面损伤(COD)一直是限制激光器最大输出功率和可靠性的重要因素。COD的发生主要是由于激光器腔面具有很高的表面态密度，在高光功率密度作用下导致腔面温度迅速升高进而诱发腔面处带隙收缩加剧光子吸收，最后促使腔面烧毁，激光

4、器失效。本论文围绕提高激光器COD阈值这一主题，深入讨论了与之相关的硫钝化技术、氮等离子体清洗技术、灿xNv腔面钝化膜以及量子阱混杂非吸收窗口技术，主要研究内容和研究成果如下：1．开展了湿法硫钝化技术研究。分析了硫钝化的机理以及常规(NH4)2S水溶液钝化GaAs材料的弊端，提出使用有机溶醇类(叔丁醇和异丙醇)代替水作为溶剂，以此来降低硫化层溶解速率，并在此基础上配制出一种新钝化液：(NI-h)2S+Se+t．C4H90H，通过二次离子质谱和光荧光谱等分析手段表明，新钝化液可比常规(Nil4)2S水溶液更有效去除氧化物，GaAs表面的光致发光强度

5、相比处理前提高23倍，而且表面生成硒化物和更厚的硫化层，钝化的表面缺陷更少、钝化效果更稳定。2．开展了等离子体清洗技术研究。以辉光放电氮等离子体为清洗源，借助磁控溅射系统和光荧光谱仪，对11．GaAs(100)衬底片进行等离子体清洗研究。为了最大程度地去除样品表面氧化物等沾污，同时又不对样品表面造成新的损伤，分别探讨了工作压强、溅射功率、清洗时间对衬底片发光强度的影响，并在氮气流量40sccm，溅射功率10W，压强4．7Pa，清洗时间为15min条件下，获得最佳清洗效果，GaAs表面的光致发光强度相比处理前提高了17倍。3．开展了腔面钝化膜技术研

6、究。提出以新型舢xNv无氧材料作为激光器腔面钝化膜，结合磁控溅射离子辅助镀膜技术，研究了溅射功率、氮气分压、工作压强对薄膜沉积速率和光学性能的影响。研究发现，优化后的趾xNv薄膜除了具有较好的钝化效果外，也是一种良好的增透材料(中心波长处的剩余反射率低于O．1％)，并具有良好的热特性和弱的光吸收特性，可以作为激光器腔面钝化膜使用；对激光器前后腔面最优反射率进行了模拟分析，并在此基础上溅射沉积了前腔面增透膜和后腔面高反膜，其中Si／Si02高反膜中心波长附近反射率高达98．6％。4．开展了激光器非吸收窗口技术研究。采用无杂质空位诱导量子阱混杂技术(

7、ⅢVD)制作了940nrnGalnP／GaAsP／InGaAs单量子阱半导体激光器非吸收窗口，借助光荧光谱仪分析了退火温度、介质膜类型、沉积方法和沉积厚度等不同条件对量子阱混杂效果的影响，并通过EC．V法检测了高温退火前后芯片掺杂浓度变化情况，最后成功设计出两套窗口制备方案并进行了实验验证，875℃退火条件下，在增益区和窗口区获得最大24nnl的偏移量。5．开展了抗COD激光器制备工艺研究。将优化后的硫钝化、氮等离子体清洗+AlxNv钝化膜和非吸收窗12技术分别应用到激光器制备中，通过大功率半导体激光器综合测试仪测试激光器输出特性，结果表明：硫钝

8、化的激光器，单管平均输出功率2．77W，比普通的无钝化的激光器(1．81W)COD功率提高了53％；氮等离子体清洗+10nmAlxN，钝