高功率准连续半导体激光阵列中应变对独立发光点性能的影响
发布时间：2021-09-16 18:20
为了解决阵列中每个发光点性能分布不均的问题,研究了微通道水冷封装的960nm半导体激光器阵列,阵列包含38个发光点,腔长为2mm,在驱动电流为600A、占空比为10%的条件下,输出的峰值功率达到665.6 W,电光转换效率为63.8%,中心波长为959.5nm.通过对应力的理论分析,给出了各个发光点应变的表达式;通过搭建单点测试系统获得阵列中每个发光点的阈值电流、斜率效率、光谱和功率等光电特性;结合应变理论分析可知,器件中发光点的性能与应变大小和类型密切相关,压应变会导致器件波长蓝移、阈值电流降低、功率和斜率效率升高,张应变会导致波长红移、阈值电流升高、功率和斜率效率降低.研究表明,影响器件内部发光点的性能不仅与热效应有关,而且与封装后残余的应变密切相关,通过应力的分布可以预测阵列性能的变化规律,可为高峰值功率、高可靠性的半导体激光阵列的研制提供参考.
【文章来源】：光子学报. 2020,49(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
高峰值功率半导体激光阵列器件结构和芯片外延结构简图
图1 高峰值功率半导体激光阵列器件结构和芯片外延结构简图图3为用于封装应力测试的装置简图，该装置可以获得单个发光点的实验数据．图3(a）用于测试器件的整体性能；图3(c）测量器件的偏振度（Degree of Polarization,DOP)(DOP=(PTE-PTM）/（PTE+PTM))[29]，偏振分束器（Polarization Beam Splitter,PBS）将进来的光分成不同的偏振模式来计算DOP，通过在不同水温下测量阈值电流和发光波长得出特征温度T0和波长随温度变化的温度漂移系数?λ/?T．表1给出了性能测试的结果．从表1测试数据可以看出，芯片特征温度高达233K，表明器件具有非常优异的温度特性，但是另一方面，芯片的偏振度DOP只有0.78，表明芯片承受了较大的外部应变[30]．图3(b）用于测试器件中每个发光点的相关参数，黑色虚线框中的组件放在由计算机控制的精密移动平台上，红色虚线表示光谱和功率分别收集，显微镜物镜（Microscope Objective Lens,MOL）将近场的点成像到屏幕上，狭缝的调整宽度为0.2mm，以便仅能检测到来自指定发光点的光，光谱仪和功率计分别用于采集光谱和功率．
图5 在给定测试条件下阵列中各发光点位置的波长及光谱此外，对各个发光点的斜率效率和阈值电流进行实验分析．图7(a）展示的斜率效率呈现出与功率基本一致的变化趋势，中间发光点功率较高对应的斜率效率也较高；图7(b）是各个发光点归一化的阈值电流，结果显示出在器件两端的发光点有较大的阈值电流，中间反而相对较小，这些结果与图6(b）高度一致．显然，从图7可以看出，外部应力使得芯片的参数性能产生显著变化，表明在实际的器件封装工艺中，必须对封装产生的应力进行严格控制．
【参考文献】：
期刊论文
[1]12 W high power InGaAsP/AlGaInP 755 nm quantum well laser[J]. 胡海,赵健阳,汪卫敏,何晋国,邝朗醒,刘文斌. Chinese Optics Letters. 2019(06)
[2]大功率半导体激光器封装热应力研究[J]. 袁庆贺,井红旗,仲莉,刘素平,马骁宇. 中国激光. 2019(10)
[3]传导冷却单巴高功率半导体激光器热应力和smile研究[J]. 鲁瑶,聂志强,陈天奇,张普,熊玲玲,吴的海,李小宁,王贞福,刘兴胜. 光子学报. 2017(09)
[4]半导体激光器阵列偏振特性及其与应力关系的实验研究[J]. 沈力,皮浩洋,辛国锋,封惠忠,方祖捷,陈高庭,瞿荣辉. 中国激光. 2009(05)
[5]半导体外延层晶格失配度的计算[J]. 何菊生,张萌,肖祁陵. 南昌大学学报(理科版). 2006(01)
本文编号：3397062
【文章来源】：光子学报. 2020,49(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
高峰值功率半导体激光阵列器件结构和芯片外延结构简图
图1 高峰值功率半导体激光阵列器件结构和芯片外延结构简图图3为用于封装应力测试的装置简图，该装置可以获得单个发光点的实验数据．图3(a）用于测试器件的整体性能；图3(c）测量器件的偏振度（Degree of Polarization,DOP)(DOP=(PTE-PTM）/（PTE+PTM))[29]，偏振分束器（Polarization Beam Splitter,PBS）将进来的光分成不同的偏振模式来计算DOP，通过在不同水温下测量阈值电流和发光波长得出特征温度T0和波长随温度变化的温度漂移系数?λ/?T．表1给出了性能测试的结果．从表1测试数据可以看出，芯片特征温度高达233K，表明器件具有非常优异的温度特性，但是另一方面，芯片的偏振度DOP只有0.78，表明芯片承受了较大的外部应变[30]．图3(b）用于测试器件中每个发光点的相关参数，黑色虚线框中的组件放在由计算机控制的精密移动平台上，红色虚线表示光谱和功率分别收集，显微镜物镜（Microscope Objective Lens,MOL）将近场的点成像到屏幕上，狭缝的调整宽度为0.2mm，以便仅能检测到来自指定发光点的光，光谱仪和功率计分别用于采集光谱和功率．
图5 在给定测试条件下阵列中各发光点位置的波长及光谱此外，对各个发光点的斜率效率和阈值电流进行实验分析．图7(a）展示的斜率效率呈现出与功率基本一致的变化趋势，中间发光点功率较高对应的斜率效率也较高；图7(b）是各个发光点归一化的阈值电流，结果显示出在器件两端的发光点有较大的阈值电流，中间反而相对较小，这些结果与图6(b）高度一致．显然，从图7可以看出，外部应力使得芯片的参数性能产生显著变化，表明在实际的器件封装工艺中，必须对封装产生的应力进行严格控制．
【参考文献】：
期刊论文
[1]12 W high power InGaAsP/AlGaInP 755 nm quantum well laser[J]. 胡海,赵健阳,汪卫敏,何晋国,邝朗醒,刘文斌. Chinese Optics Letters. 2019(06)
[2]大功率半导体激光器封装热应力研究[J]. 袁庆贺,井红旗,仲莉,刘素平,马骁宇. 中国激光. 2019(10)
[3]传导冷却单巴高功率半导体激光器热应力和smile研究[J]. 鲁瑶,聂志强,陈天奇,张普,熊玲玲,吴的海,李小宁,王贞福,刘兴胜. 光子学报. 2017(09)
[4]半导体激光器阵列偏振特性及其与应力关系的实验研究[J]. 沈力,皮浩洋,辛国锋,封惠忠,方祖捷,陈高庭,瞿荣辉. 中国激光. 2009(05)
[5]半导体外延层晶格失配度的计算[J]. 何菊生,张萌,肖祁陵. 南昌大学学报(理科版). 2006(01)
本文编号：3397062
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