大功率半导体激光器腔面钝化工艺研究

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1、中文图书分类号：TN252密级：公开UDC：38学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：大功率半导体激光器腔面钝化工艺研究论文作者：何新学科：电子科学与技术指导教师：崔碧峰论文提交日期：2016年5月UDC：38学校代码：10005中文图书分类号：TN389学号：S201302003密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：大功率半导体激光器腔面钝化工艺研究英文题目：THESTUDYOFHIGH-POWERSEMICONDUCTORLASERDIODEFACE

2、TPASSIVATION论文作者:何新学科：电子科学与技术研究方向：信息光电子学与光通信申请学位：工学硕士指导教师：崔碧峰副教授所在单位：电子信息与控制工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了

3、明确的说明并表示了谢意。签名：何新日期：2016年6月5日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：何新日期：2016年6月5日导师签名：崔碧峰日期：2016年6月5日摘要摘要大功率半导体激光器具有体积小、重量轻、结构简单、价格低廉、工作寿命长、可直接调控等一系列优点，近年来受到广泛的关注及应用。较高

4、的输出功率及稳定的可靠性是大功率半导体激光器能够被广泛应用的前提，然而灾变性光学镜面损伤（COD）一直是限制半导体激光器可靠性及输出功率的重要因素。特别是以GaAs为衬底的含Al的大功率半导体激光器腔面的退化情况最为严重。COD的产生主要是因为半导体激光器腔面处存在大量的表面态，当光功率密度较高时，腔面处的表面态形成非辐射复合中心，从而导致腔面温度急剧上升，过高的温度进而诱发腔面处带隙的减小从而加剧光子的吸收，形成正反馈系统，最终导致半导体激光器的腔面烧毁，即发生灾变性光学镜面损伤（COD），激光器失效

5、。本文主要目的是提高半导体激光器的COD阈值，介绍了COD产生的机理及影响，以980nmGaAs/AlGaAs大功率半导体激光器为主要研究对象，深入介绍并研究了与之相关的硫钝化技术及氩气和氮气等离子清洗技术，主要研究内容及成果如下：1．介绍并研究了湿法硫钝化技术。分析并介绍了硫钝化的反应机理，对解理好的980nmGaAs/AlGaAs大功率半导体激光器进行试验，得到了最佳的钝化时间即5min，对钝化后的半导体激光器管芯进行测试，并对不同实验管芯进行老化实验，得到经过硫钝化的实验管芯的输出功率提高了近17

6、%，5min钝化后的实验管芯老化实验的测试结果与老化前相比退化较小。2．介绍并研究了干法等离子体清洗技术。以氩气和氩气等离子体作为清洗源，同样以980nmGaAs/AlGaAs大功率半导体激光器为主要研究对象，使用电子束真空镀膜机进行实验，在经钝化的半导体激光器的两个腔面分别镀制增透和高反膜，实验发现腔面离子铣氮钝化可以提高激光器的输出特性及COD功率，器件输出功率提高了30%；老化实验后，经过氮钝化的半导体激光器没有明显退化，而未经氮钝化处理的激光器退化严重；利用俄歇电子谱测试仪（AES）对钝化处理后

7、的半导体激光器试验片进行测试，发现有部分的氮离子遗留在腔面处；氮元素含量由原有的0%上升到20%，与此同时，氧元素的含量由原来的61%降至30%。结果表明，该技术能够改善半导体激光器的腔面特性,器件的可靠性和使用寿命可望得到提高。总之，本论文通过对半导体激光器腔面钝化工艺的研究，有效地提高了器件的COD阈值，为半导体激光器能够高功率及高可靠性的工作提供了保证。关键字：灾变性光学镜面损伤(COD)；腔面钝化；等离子体清洗；半导体激光器IAbstractAbstractWiththeadvantagesof

8、smallvolume,highefficiencyandsimplemodulation,thehighpowersemiconductorlasershavebeenreceivedwidespreadattentionandapplication.However,catastrophicopticaldamage(COD)seriouslylimitsthemaximumoutputpowerandthereliabilityofLD