大功率低阈值半导体激光器研究

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1、文图书分类号：TN248密级：公开UDC：38学校代码：10005硕士学位论文MASTERDISSERTATION论文题目：大功率低阈值半导体激光器研究论文作者：刘梦涵学科：微电子学与固体电子学指导教师：崔碧峰副教授论文提交日期：2016年4月UDC：38学校代码：10005中文图书分类号：TN248学号：S201302004密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：大功率低阈值半导体激光器研究英文题目：STUDYOFHIGHPOWERSEMICONDUCTORLASERWITHLOWTHRESHOLDCURRENT论文作者：刘梦涵学科：微电子学与固体电子学研究方向：半导体光电子学申请学位：

2、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它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明确的说明并表示了谢意。签名：刘梦涵日期：2016年6月3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

3、；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：刘梦涵日期：2016年6月3日导师签名：崔碧峰日期：2016年6月3日摘要大功率半导体激光器在众多领域都具有广泛的应用，近年来大功率半导体激光器的研究重点主要集中在如何提高输出功率、改善远场发散角、降低阈值电流密度、提高器件的可靠性等方面。改善半导体激光器的上述性能，可以从器件结构设计、外延生长、镀膜、封装散热等方面进行优化。提高半导体激光器输出功率最重要、最有效的方法是采用大光腔结构。大光腔通过增加光斑的横向尺寸，一方面减小了出光面的光功率密度从而提高了输出功率，另一方面改善

4、了远场光束质量。但是，大光腔结构减小了有源区的光限制因子，导致阈值电流密度增大。为了解决大光腔与低阈值电流密度的矛盾，本文设计了一款具有新型的多量子阱以及非对称超大光腔结构的980nm边发射半导体激光器。本文采用的新型多量子阱结构的特点在于量子阱势垒层的带隙宽度大于波导层的带隙宽度，这种新结构使得通过增加波导层厚度实现大光腔的效果更加明显。此外，多量子阱结构对有源区载流子的限制能力远高于单量子阱，有效的降低了阈值电流密度。采用非对称超大光腔结构能够有效的拓展光场，同时还能够减小内损耗，降低材料的体电阻，抑制高阶模的激射，从而提高激光器的性能。最后调整外延结构各层的组分和厚度，增加光斑的横向尺寸

5、的同时增大有源区的光限制因子，从而解决大光腔、低阈值电流密度的矛盾。利用金属有机物化学气相淀积生长外延结构并进行后期工艺制备。确定本文中半导体激光器的制备工艺流程依次是清洗、光刻脊形台面、腐蚀GaAs、生长SiO2、光刻引线孔、腐蚀SiO2、生长p面电极、衬底减薄、生长n面电极、合金退火、镀膜、封装测试。优化p型欧姆电极结构和合金条件，并且提出了一种在p型金属电极上制备An-Su焊料的结构设想。未镀膜的情况下，测试结果为：阈值电流为0.64A，4mm腔长阈值电流密度2为168.42A/cm。峰值波长965.8nm，光谱宽度3.0nm。垂直方向FWHM发散角15.6°，水平方向FWHM发散角4.

6、2°关键词：半导体激光器；大光腔；阈值电流密度；欧姆接触IAbstractAbstractHighpowersemiconductorlaseriswidelyusedinmanyfields.Inrecentyear,researchersarefocusonincreasingtheoutputpower,improvingopticalbeamquality,reducingthresholdcurrentdensitiesandsonon.Inordertoachievethesegoals,peoplecandomoreworkonstructuredesign,epitaxialg

7、rowth,coatingandpackaging.Largeopticalcavityisthemosteffectivewaytoimprovetheoutputpower.Byincreasingthelateralsizeoflightspot,largeopticalcavitydecreasesluminouspowerdensitiesandoptimizesopticalbeamq