高功率準連續(xù)半導(dǎo)體激光陣列中應(yīng)變對獨立發(fā)光點性能的影響
發(fā)布時間：2021-09-16 18:20
為了解決陣列中每個發(fā)光點性能分布不均的問題,研究了微通道水冷封裝的960nm半導(dǎo)體激光器陣列,陣列包含38個發(fā)光點,腔長為2mm,在驅(qū)動電流為600A、占空比為10%的條件下,輸出的峰值功率達到665.6 W,電光轉(zhuǎn)換效率為63.8%,中心波長為959.5nm.通過對應(yīng)力的理論分析,給出了各個發(fā)光點應(yīng)變的表達式;通過搭建單點測試系統(tǒng)獲得陣列中每個發(fā)光點的閾值電流、斜率效率、光譜和功率等光電特性;結(jié)合應(yīng)變理論分析可知,器件中發(fā)光點的性能與應(yīng)變大小和類型密切相關(guān),壓應(yīng)變會導(dǎo)致器件波長藍移、閾值電流降低、功率和斜率效率升高,張應(yīng)變會導(dǎo)致波長紅移、閾值電流升高、功率和斜率效率降低.研究表明,影響器件內(nèi)部發(fā)光點的性能不僅與熱效應(yīng)有關(guān),而且與封裝后殘余的應(yīng)變密切相關(guān),通過應(yīng)力的分布可以預(yù)測陣列性能的變化規(guī)律,可為高峰值功率、高可靠性的半導(dǎo)體激光陣列的研制提供參考.
【文章來源】：光子學(xué)報. 2020,49(09)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
高峰值功率半導(dǎo)體激光陣列器件結(jié)構(gòu)和芯片外延結(jié)構(gòu)簡圖
圖1 高峰值功率半導(dǎo)體激光陣列器件結(jié)構(gòu)和芯片外延結(jié)構(gòu)簡圖圖3為用于封裝應(yīng)力測試的裝置簡圖，該裝置可以獲得單個發(fā)光點的實驗數(shù)據(jù)．圖3(a）用于測試器件的整體性能；圖3(c）測量器件的偏振度（Degree of Polarization,DOP)(DOP=(PTE-PTM）/（PTE+PTM))[29]，偏振分束器（Polarization Beam Splitter,PBS）將進來的光分成不同的偏振模式來計算DOP，通過在不同水溫下測量閾值電流和發(fā)光波長得出特征溫度T0和波長隨溫度變化的溫度漂移系數(shù)?λ/?T．表1給出了性能測試的結(jié)果．從表1測試數(shù)據(jù)可以看出，芯片特征溫度高達233K，表明器件具有非常優(yōu)異的溫度特性，但是另一方面，芯片的偏振度DOP只有0.78，表明芯片承受了較大的外部應(yīng)變[30]．圖3(b）用于測試器件中每個發(fā)光點的相關(guān)參數(shù)，黑色虛線框中的組件放在由計算機控制的精密移動平臺上，紅色虛線表示光譜和功率分別收集，顯微鏡物鏡（Microscope Objective Lens,MOL）將近場的點成像到屏幕上，狹縫的調(diào)整寬度為0.2mm，以便僅能檢測到來自指定發(fā)光點的光，光譜儀和功率計分別用于采集光譜和功率．
圖5 在給定測試條件下陣列中各發(fā)光點位置的波長及光譜此外，對各個發(fā)光點的斜率效率和閾值電流進行實驗分析．圖7(a）展示的斜率效率呈現(xiàn)出與功率基本一致的變化趨勢，中間發(fā)光點功率較高對應(yīng)的斜率效率也較高；圖7(b）是各個發(fā)光點歸一化的閾值電流，結(jié)果顯示出在器件兩端的發(fā)光點有較大的閾值電流，中間反而相對較小，這些結(jié)果與圖6(b）高度一致．顯然，從圖7可以看出，外部應(yīng)力使得芯片的參數(shù)性能產(chǎn)生顯著變化，表明在實際的器件封裝工藝中，必須對封裝產(chǎn)生的應(yīng)力進行嚴格控制．
【參考文獻】：
期刊論文
[1]12 W high power InGaAsP/AlGaInP 755 nm quantum well laser[J]. 胡海,趙健陽,汪衛(wèi)敏,何晉國,鄺朗醒,劉文斌. Chinese Optics Letters. 2019(06)
[2]大功率半導(dǎo)體激光器封裝熱應(yīng)力研究[J]. 袁慶賀,井紅旗,仲莉,劉素平,馬驍宇. 中國激光. 2019(10)
[3]傳導(dǎo)冷卻單巴高功率半導(dǎo)體激光器熱應(yīng)力和smile研究[J]. 魯瑤,聶志強,陳天奇,張普,熊玲玲,吳的海,李小寧,王貞福,劉興勝. 光子學(xué)報. 2017(09)
[4]半導(dǎo)體激光器陣列偏振特性及其與應(yīng)力關(guān)系的實驗研究[J]. 沈力,皮浩洋,辛國鋒,封惠忠,方祖捷,陳高庭,瞿榮輝. 中國激光. 2009(05)
[5]半導(dǎo)體外延層晶格失配度的計算[J]. 何菊生,張萌,肖祁陵. 南昌大學(xué)學(xué)報(理科版). 2006(01)
本文編號：3397062
【文章來源】：光子學(xué)報. 2020,49(09)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
高峰值功率半導(dǎo)體激光陣列器件結(jié)構(gòu)和芯片外延結(jié)構(gòu)簡圖
圖1 高峰值功率半導(dǎo)體激光陣列器件結(jié)構(gòu)和芯片外延結(jié)構(gòu)簡圖圖3為用于封裝應(yīng)力測試的裝置簡圖，該裝置可以獲得單個發(fā)光點的實驗數(shù)據(jù)．圖3(a）用于測試器件的整體性能；圖3(c）測量器件的偏振度（Degree of Polarization,DOP)(DOP=(PTE-PTM）/（PTE+PTM))[29]，偏振分束器（Polarization Beam Splitter,PBS）將進來的光分成不同的偏振模式來計算DOP，通過在不同水溫下測量閾值電流和發(fā)光波長得出特征溫度T0和波長隨溫度變化的溫度漂移系數(shù)?λ/?T．表1給出了性能測試的結(jié)果．從表1測試數(shù)據(jù)可以看出，芯片特征溫度高達233K，表明器件具有非常優(yōu)異的溫度特性，但是另一方面，芯片的偏振度DOP只有0.78，表明芯片承受了較大的外部應(yīng)變[30]．圖3(b）用于測試器件中每個發(fā)光點的相關(guān)參數(shù)，黑色虛線框中的組件放在由計算機控制的精密移動平臺上，紅色虛線表示光譜和功率分別收集，顯微鏡物鏡（Microscope Objective Lens,MOL）將近場的點成像到屏幕上，狹縫的調(diào)整寬度為0.2mm，以便僅能檢測到來自指定發(fā)光點的光，光譜儀和功率計分別用于采集光譜和功率．
圖5 在給定測試條件下陣列中各發(fā)光點位置的波長及光譜此外，對各個發(fā)光點的斜率效率和閾值電流進行實驗分析．圖7(a）展示的斜率效率呈現(xiàn)出與功率基本一致的變化趨勢，中間發(fā)光點功率較高對應(yīng)的斜率效率也較高；圖7(b）是各個發(fā)光點歸一化的閾值電流，結(jié)果顯示出在器件兩端的發(fā)光點有較大的閾值電流，中間反而相對較小，這些結(jié)果與圖6(b）高度一致．顯然，從圖7可以看出，外部應(yīng)力使得芯片的參數(shù)性能產(chǎn)生顯著變化，表明在實際的器件封裝工藝中，必須對封裝產(chǎn)生的應(yīng)力進行嚴格控制．
【參考文獻】：
期刊論文
[1]12 W high power InGaAsP/AlGaInP 755 nm quantum well laser[J]. 胡海,趙健陽,汪衛(wèi)敏,何晉國,鄺朗醒,劉文斌. Chinese Optics Letters. 2019(06)
[2]大功率半導(dǎo)體激光器封裝熱應(yīng)力研究[J]. 袁慶賀,井紅旗,仲莉,劉素平,馬驍宇. 中國激光. 2019(10)
[3]傳導(dǎo)冷卻單巴高功率半導(dǎo)體激光器熱應(yīng)力和smile研究[J]. 魯瑤,聶志強,陳天奇,張普,熊玲玲,吳的海,李小寧,王貞福,劉興勝. 光子學(xué)報. 2017(09)
[4]半導(dǎo)體激光器陣列偏振特性及其與應(yīng)力關(guān)系的實驗研究[J]. 沈力,皮浩洋,辛國鋒,封惠忠,方祖捷,陳高庭,瞿榮輝. 中國激光. 2009(05)
[5]半導(dǎo)體外延層晶格失配度的計算[J]. 何菊生,張萌,肖祁陵. 南昌大學(xué)學(xué)報(理科版). 2006(01)
本文編號：3397062
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