用量子阱混合技术提高大功率半导体激光器腔面的COD阈值

摘要

大功率半导体激光器以其高效率、大功率和高可靠性等优点在泵浦固体激光器、光纤通信、材料加工、医疗、激光打印等方面获得了广泛的应用。大功率和高可靠性是研制大功率半导体激光器追求的主要目标。目前限制大功率半导体激光器功率和寿命的主要问题是激光器腔面的灾变性光学损伤（COD - Catastrophic Optical Damage）。非吸收窗口结构是有望解决COD 问题的一个重要方法。通过量子阱混合（QWI - Quantum Well Intermixing） 技术构造非吸收窗口具有工艺简单、成本低和实用性好的优点。本文将通过理论和实验分析，对用于构造腔面非吸收窗口的量子阱混合技术进行研究。 本文首先介绍了COD 及QWI 技术的基本原理。量子阱混合的本质机理是由半导体内部的自体点缺陷引起的异质结组分原子互扩散，因而本文在分析点缺陷性质及其对自扩散系数的影响的基础上提出了量子阱混合的理论模型，分析了温度、As 压、掺杂等工艺条件对量子阱混合的影响，着重介绍了费米能级效应（Fermi level effect）的作用及杂质扩散的理论。 对杂质诱导量子阱混合（IID – Impurity Induced Disordering）、离子注入诱导量子阱混合（IIID – Ion Implantation Induced Disordering）及无杂质空位诱导量子阱混合（IFVD -Impurity Free Vacancy Disordering）的机制进行了介绍，并分析了其各自的特点。 通过实验研究了各种工艺参数对量子阱混合的影响，利用量子阱混合的理论模型对实验结果进行了分析，优化了工艺条件，找到了实现区域选择性量子阱混合的有效途径。在808nm 大功率半导体激光器上，得到大于30nm 的波长蓝移窗口。利用量子阱混合工艺制作的带有非吸收窗口结构的大功率半导体激光器，COD 阈值得到提升。