1470nm高功率半导体激光器的设计与制作-激光世界.PDFVIP

技术中心 Technologies Center 高功率半导体激光器 1470 nm 高功率半导体激光器的 设计与制作 文/仇伯仓，深圳瑞波光电子有限公司 高功率半导体激光器芯片有若干 InGaAlAs 量子阱材料的 1470nm 半 量子阱数目以及势垒组分等，而设计 重要技术指标，包括能量转换 导体激光器外延结构示意图，由其 的主要考虑是阈值电流、量子效率等。 效率以及器件运行可靠性等。器件的 可见，外延结构由有源区多量子阱、 有源区确定后，接下来的设计便 能量转换效率主要取决于芯片的外延 InGaAlAs 波导以及InP 包层材料组成。 是波导设计以及掺杂优化。波导设计 结构与器件结构设计；而运行可靠性 为了形成波导结构，波导材料的折射 时通过选取合适的波导材料、厚度来 主要与芯片的腔面处理工艺有关。本 率要小于量子阱材料的折射率；因此， 获得所需要的量子阱光场限制因子、 文首先简要介绍深圳瑞波光电子有限 在生长方向上，材料对其中的光场便 远场分布等。在器件设计方面，通常 公司高功率激光器的设计思想以及腔 形成很强的限制作用，光场最强的区 采用腔长较长的结构，这是因为整个 面处理方法，随后展示深圳清华大学 域恰好与有源区重叠，从而使得量子 芯片的封装模块的热阻与腔长近似成 研究院和深圳瑞波光电子有限公司在 阱材料有很高的光增益（见图2）。 反比，芯片越长，模块热阻越小，芯 研发 1470nm 高功率单管激光器芯片 此外，为了实现电子与空穴在量 片的结温越低。 方面所取得的主要进展。 子阱内产生受激辐射复合，材料必须 图3-5 为芯片的工作电流、阈值 掺杂成p-i-n 结构，其中有源波导区 电流以及结温这三项指标分别与腔长 外延结构与器件结构设计 通常为非掺杂的本征区域。有源区的 和腔面反射率之间的关系。在计算中， 图 1 给出了一个典型的基于 设计主要参数为量子阱组分、厚度、 我们严格采用数值分析方法分析了器 InP p 型包层 InP p 型包层 InGaAlAs 波导核 InGaAlAs 波导核 InGaAlAs 多量子阱结构 InGaAlAs 多量子阱结构 InGaAlAs 波导核 InGaAlAs 波导核 InPn 型包层 InP n 型包层 光场分布 图1：半导体激光器外延结构示意图。 图2 ：外延结构以及与之对应的光场分布。 24 May/ Jun 2016 Laser Focus World China 激光世界 技术中心 Technologies Center 图3 ：工作电流与腔长和腔面反射率之间的关系。 图4 ：阈值电流与腔长和腔面反射率之间的关系。 图5 ：芯片结温与腔长和腔面反射率之间的关系。 件在实际封装结构下，整体封装模块的热阻抗。由图可见， 可靠性以及偏振性质等。 对于2W 的输出功率，当腔长为2mm 时，工作电流约5.5A， 由于半导体芯片对环境温度、环境湿度、静电、尘 阈值电流约450mA，芯片的结温为45℃，比运行环境高出 埃、电流电压的过脉冲以及光的回反射等参数都非常敏 20℃。 感，这些参数的任何变化不仅影响到测量精度，而且还 可能引起器件的突然失效。为此激光的测试环境必须经 制作工艺 过认真考虑。 高功率半导体激光器因为需要输出很高的功率，所以 瑞波光电提出了一套完整的芯片参数测试分析方案， 其有源区条宽一般为几十微米甚至几百微米，具体宽度依 构建了能够精确控制测试环境、对各种参数进行快速自 应用而定。为了区别单模窄波导激光器，这种激光结