高功率氮化镓基蓝光激光器

发布时间：2022-02-17 11:05

　　高功率氮化镓基蓝光激光器在激光显示、激光照明和材料加工等领域具有很大的应用前景。通过优化蓝光激光器p-AlGaN限制层的生长温度,抑制了量子阱热退化,通过优化量子阱结构,改善了载流子分布,研制出了高功率蓝光激光器。利用变腔面反射率法获得蓝光激光器的内部光学损耗为6.8 cm^-1,载流子注入效率为90%。在脉冲工作条件下,蓝光激光器的阈值电流密度为1 kA/cm²,斜率效率为1.65 W/A,预计在6 kA/cm²电流密度下,输出光功率能达到4 W;在连续工作条件下,激光器的阈值电流密度为1 kA/cm²,由于封装散热性能不佳,斜率效率下降为1 W/A,预计在6 kA/cm²的电流密度下,输出光功率为2.2 W。 

【文章来源】：中国激光. 2020,47(07)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

氮化镓基蓝光激光器结构图

3 载流子分布均匀性的影响GaN材料的空穴有效质量大、迁移率低,空穴难以注入到n侧量子阱,由本课题以前的研究可知:当蓝光LED的MQW的量子垒厚度为13 nm时,注入的空穴只分布在最靠近p-GaN的量子阱中,降低量子垒厚度和高度,空穴的注入不均匀性得到了改善[16-17]。对于激光器而言,量子阱增益区需要均匀的载流子注入才能实现粒子数反转,进而形成光增益,因此优化设计量子阱结构对于改善载流子分布至关重要。本课题组制作了两种不同垒厚的蓝光激光器,输出光功率-电流(P-I)曲线如图3所示,薄垒的蓝光激光器的阈值电流密度为1 kA/cm2,斜率效率为1.5 W/A,而厚垒的蓝光激光器的阈值电流密度为1.4 kA/cm2,斜率效率比薄垒的蓝光激光器低,仅为0.8 W/A。这是因为薄垒的蓝光激光器量子阱内的空穴分布更均匀,且具有更高的载流子注入效率,因此其斜率效率相对于厚垒的激光器更高。

本课题组也制备和封装了脊形宽度为45 μm、腔长为1200 μm的蓝光激光器,室温下用脉冲条件测量激光器特性,脉冲宽度为0.4 μs,频率为10 kHz,以减少热效应。图5(a)中的圆点为不同电流下测量的光功率,所用脉冲电流源的最大输出电流为2 A,但只测量到1.7 A。得到激光器的阈值电流密度为1 kA/cm2,斜率效率为1.65 W/A,对应拟合线为将光功率数据外推到3 A(6 kA/cm2电流密度下),预计3 A下的输出光功率能达到4 W。图5(a)中的黑色方块为在直流工作条件下测量的光功率,可以看到激光器阈值电流保持不变,但斜率效率明显下降,为1 W/A,在3 A(6 kA/cm2电流密度)下,输出光功率为2.2 W,斜率效率的下降是因为封装的散热性能不佳所致。激光器散热不佳、结温升高对P-I曲线的影响有两方面:一是功率热饱和;二是结温升高导致kink出现。本文激光器的P-I曲线更符合后者。激光器的电流-电压(I-V)曲线如图5(a)最上方拟合线所示,在6 kA/cm2电流密度下的工作电压为5.3 V。激射光谱如图5(b)所示,激射波长为445 nm。5 结 论


本文编号：3629323