大功率980nm半导体激光器可靠性研究

摘要

随着半导体激光器广泛应用于光纤通信、激光唱盘、信息存储、医疗、泵浦固体激光器等领域，其可靠性问题已成为当前的热点研究课题。如何延长半导体激光器的使用寿命，提高半导体激光器的可靠性，增大半导体激光器的输出功率一直是人们在半导体激光器研究中不懈的努力和追求的目标。 本文的工作围绕实验室自制的有铝980nm InGaAs/GaAs/AlGaAs和无铝980nm InGaAs/InGaAsP/InGaP980nm激光器的可靠性展开。本论文的研究工作主要集中在以下几个方面： 1.制作了980nm脊形波导大功率半导体激光器，详细介绍了制作工艺及各个工艺步骤的注意事项，介绍了半导体激光器的P-I特性和伏安特性，并详细分析了温度对半导体激光器光电参数包括输出光功率、阈值电流、微分量子效率的影响。 2.测试分析了自制有铝980nmnGaAs/GaAs/AlGaAs和无铝980nmInGaAs/InGaAsP/InGaP激光器室温下的光电特性，对其进行了30～70℃变温测试，给出了激光器各项性能参数与温度的对应曲线关系，并将两种器件的温度特性进行了对比分析。 3.结合加速寿命试验的基础理论，在50℃、1000mA条件下，对无铝980nm半导体激光器和有铝980nm半导体激光器进行了加速寿命试验，提取了两种激光器失效器件老化过程中的其中100个时间点的光电参数，得到了归一化的输出光功率、阈值电流、电压、串联电阻、斜率效率随老化时间的变化曲线，并进行了对比分析。 4.分析了大功率半导体激光器的主要失效模式，对无铝980nm半导体激光器和有铝980nm半导体激光器老化失效器件进行了失效分析，对比分析了两种激光器失效器件前后结特征参量、正反I-V特性的变化。用光学显微镜观测了失效器件出光端面，得出结论：有铝激光器主要表现为腔面COD失效，无铝激光器表现为有源区和焊料退化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1半导体激光器发展概述

1.2半导体激光器的应用前景

1.3大功率半导体激光器的研究进展

1.4可靠性研究的必要性

1.5本论文的主要工作及成果

第2章脊形波导半导体量子阱激光器制作工艺及特性

2.1器件的制作工艺流程

2.2半导体激光器的光电特性

2.2.1半导体激光器的P-I特性

2.2.2半导体激光器的V-I特性

2.3半导体激光器的热特性

2.3.1温度升高对P-I特性的影响

2.3.2温度升高对阈值电流密度的影响

2.3.3温度升高对激光器微分量子效率的影响

2.4.4温度升高对激光器光谱的影响

2.4本章总结：

第3章无铝和有铝980NM激光器光电特性及热特性研究

3.1 980NM应变量子阱激光器

3.1.1无铝应变量子阱激光器的优点

3.1.2 980nm无铝应变量子阱激光器的发展

3.1.3 980nm应变量子阱激光器的应用前景

3.2无铝、含铝激光器的结构及光电特性

3.2.1含铝激光器结构及光电特性

3.2.2无铝激光器结构及光电特性

3.3无铝和有铝器件热特性分析

3.3.1器件热阻及结温升

3.3.2温升对有铝和无铝激光器外微分量子效率的影响

3.3.3温升对有铝和无铝激光器阈值电流的影响

3.3.4温升对有铝和无铝激光器激射光谱的影响

3.4本章总结

第4章有铝和无铝980NM激光器加速寿命试验

4.1加速寿命试验概述

4.2有铝和无铝激光器加速寿命试验

4.2.1温度应力加速寿命试验原理

4.2.2有铝激光器的加速寿命老化试验

4.2.3无铝器件的加速寿命老化试验

4.3样品光电参数随老化时问变化分析

4.3.1有铝器件光电参数随老化时间变化分析

4.3.2无铝器件光电参数随老化时间变化分析

4.4本章总结

第5章有铝与无铝激光器失效分析

5.1半导体激光器的退化失效模式

5.1.1.有源区退化

5.1.2灾变性腔面光学损伤(COD)

5.1.3欧姆接触及焊料退化

5.2有铝和无铝激光器的失效分析

5.2.1有铝和无铝激光器老化前后结特征参量对比分析

5.2.2有铝和无铝激光器老化前后Ⅰ-Ⅴ特性对比分析

5.2.3有铝和无铝激光器失效模式分析

5.3.提高器件可靠性在制备方面的改进措施

5.3.1改进措施

5.3.2器件使用建议

5.4本章总结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢