收藏本站
《长春理工大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高功率垂直腔面发射半导体激光器热理论与制备工艺研究

侯立峰  
【摘要】: 由于高功率垂直腔面半导体激光器(VCSEL)与传统的大功率边发射半导体激光器相比具有很多独特的优点,近年来,高功率VCSEL的研制已经成为国内外众多科学工作者的研究热点。但由于VCSEL存在严重的自生热,自生热引起温度升高,对器件的性能影响很大,使国内外关于高功率VCSEL的研制一直进展缓慢,热问题已经成为制约高功率VCSEL发展的一个关键难题。为了解决高功率VCSEL的热问题,提高VCSEL的输出功率,我们从减少器件生热、增加器件散热出发,设计并研制了980nm基于AlxNy膜钝化层的径向桥电极高功率VCSEL,其主要的研究内容有: 1、介绍了高功率VCSEL的热相关理论:分析了热效应对高功率VCSEL性能的影响;指出了高功率VCSEL的内部热产生机理,阐明高功率VCSEL的P型DBR的焦耳热是高功率VCSEL的重要热源;依据热阻的定义,我们分析和推导了高功率VCSEL的热阻公式,指出热阻与高功率VCSEL的有源区面积成正比,与热源到热沉的距离成反比;最后根据热传导理论建立了计算高功率VCSEL内部温度分布的热分析模型。 2、从改善器件的温度特性、提高器件的输出功率出发,对高功率VCSEL外延片进行了相关的理论设计。采用InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱材料作为器件有源层,理论分析表明,InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱材料对载流子的限制作用更强,因此具有较好的温度特性;在谐振腔的设计中,通过调整阱材料InGaAs中In组分与垒材料中P组分,得到970nm的器件增益谱波长,使器件具有较宽的温度适应性;在DBR的设计上,采用Al0.9Ga0.1As/Al0.1Ga0.9As线形渐变结构,大大降低了P-DBR的串联电阻,减小了器件内部的焦耳热。 3、从改善器件的散热能力、提高器件性能出发,对高功率VCSEL的器件结构进行了设计。在N面底出光高功率VCSEL器件结构的基础之上,采用AlxNy膜替代传统的SiO2膜作器件的钝化层、将器件P面传统的圆形电极改为径向桥电极。理论分析表明采用AlxNy,膜钝化层的高功率VCSEL器件相对于SiO2膜钝化层的器件具有较低热阻和较好的器件内部的热场分布;采用径向桥电极的高功率VCSEL器件与传统的圆形电极器件相比,具有较低的P-DBR电阻和器件热阻,具有良好的散热特性。 4、研究了基于AlxNy膜钝化层的径向桥电极高功率VCSEL的制备工艺,重点对湿法腐蚀工艺、湿法氧化工艺、AlxNy镀膜工艺进行了实验研究。通过选取腐蚀液和改变腐蚀条件,消除了以往在VCSEL湿法腐蚀过程中常出现的台面侧壁氧化层处的“燕尾”结构;通过对湿法氧化工艺的实验研究,得出了湿法氧化速率随时间按e负指数的变化规律,并给出了湿法氧化的最佳工艺条件;通过研究AlxNy镀膜工艺,得出了制备高电阻率、高热导率AlxNy膜的工艺方法。 5、采用同一种外延片、相同工艺,制备了基于AlxNy膜钝化层的径向桥电极新结构和SiO2膜钝化层常规电极的老结构两种高功率VCSEL器件并进行了相应的测试,室温下新结构的高功率VCSEL的阈值电流为390mA,微分量子效率为0.4W/A,电光转换效率可达13.2%,最大的输出功率可达到老结构器件的1.6倍,新结构器件的光电特性远优于传统结构的器件;对两种结构器件的温度特性进行了测试,其器件热阻为0.095℃/mW,远低于传统结构器件热阻的0.125℃/mW,新结构器件的温度特性良好。 6、自行设计、制备了VCSEL光束特性测试仪,并申报了国家专利。采用该仪器对新结构高功率VCSEL的近场、远场和M2因子等参数进行了测试,测试结果表明,基于AlxNy膜钝化层的径向桥电极新结构高功率VCSEL具有良好的光束特性。
【学位授予单位】:长春理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN248.4

知网文化
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 葛丁壹;N面出光980nmVCSEL的工艺研究[D];长春理工大学;2011年
2 戈红丽;垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺研究[D];长春理工大学;2012年
3 丁伟娜;垂直腔面发射激光器光刻工艺研究[D];长春理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张益,潘钟,杜云,黄永箴,吴荣汉;AlAs选择性湿氮氧化的工艺条件对氧化速率的影响[J];半导体学报;1999年03期
2 康香宁,宋国峰,叶晓军,侯识华,陈良惠;高铝Al_xGa_(1-x)As氧化层对垂直腔面发射激光器的影响[J];半导体学报;2004年05期
3 董立闽,郭霞,渠红伟,杜金玉,邹德恕,廉鹏,邓军,徐遵图,沈光地;Al_(0.98)Ga_(0.02)As的湿法氧化规律[J];半导体学报;2005年01期
4 李若园,王占国,徐波,金鹏,张春玲,郭霞,陈敏;Al_xGa_(1-x)As/GaAs分布布拉格反射镜的湿法氧化(英文)[J];半导体学报;2005年08期
5 王青;曹玉莲;何国荣;韦欣;渠红伟;宋国峰;马文全;陈良惠;;高密度排列大功率垂直腔面发射激光器列阵[J];半导体学报;2007年11期
6 郝永芹;刘文莉;钟景昌;张永明;冯源;赵英杰;;垂直腔面发射激光器中的新结构研究[J];兵工学报;2007年02期
7 李相民,陈静;可见光垂直腔面发射激光器的性能模拟[J];北京理工大学学报;2005年01期
8 王青;曹玉莲;何国荣;韦欣;渠红伟;宋国峰;陈良惠;;高功率VCSEL中应变补偿量子阱的理论设计[J];光电子.激光;2008年03期
9 康香宁,陈良惠;VCSEL中布拉格反射体的电流机制和伏安特性[J];固体电子学研究与进展;2004年01期
10 封国根,顾华英,邵光杰;铝合金的离子渗氮[J];国外金属热处理;2000年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 郝永芹;高功率垂直腔面发射激光器的设计及制备[D];长春理工大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蒋首超,徐小洋,赵蕾,熊皓;钢结构防火涂料等效热传导系数的确定[J];四川建筑科学研究;2004年03期
2 邓先琛;;梯形肋的热计算及其应用[J];安徽工学院学报;1992年02期
3 宋开宏;激光检测传感器的设计与研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2003年02期
4 宋开宏,吴先良;杂质在线探测仪光路的优化设计与实现[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年06期
5 王锐;蒋凉;高峰;何晓雄;;激光技术在无损检测领域中的应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年05期
6 靳孝峰;梁超;;便携式半导体激光治疗仪的设计[J];安阳工学院学报;2008年04期
7 鲁乙喜,王健华,周丹;SLA端面增透膜设计的理论分析与计算[J];半导体光电;2000年02期
8 武占春,顾卫东,王晓燕,袁凤坡;1.064μm脉冲高功率量子阱激光器阵列[J];半导体光电;2002年02期
9 邹德恕,廉鹏,张丽,王东凤,杜金玉,刘莹,韩金茹,徐晨,高国,沈光地;980nm半导体激光器远场特性的优化[J];半导体光电;2002年04期
10 吴根柱,齐鸣,何友军,张永刚,李爱珍;半导体激光器腔面镀膜研究[J];半导体光电;2003年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 程兆谷;张志平;;超大工件激光精密加工质量控制[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2 路国光;雷志峰;杨少华;黄云;;大功率半导体激光器老化筛选及寿命试验系统[A];中国电子学会可靠性分会第十四届学术年会论文选[C];2008年
3 耿玉民;徐东东;张来明;;高功率TEA CO_2激光器非稳腔设计与实验[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 温磊;杨镜新;刘仁红;冯素雅;栾飞;陈伟;胡丽丽;;掺钕磷酸盐玻璃小信号增益性能研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
5 张友华;刘德英;陈伟芳;杨汝森;杨国铭;陈海群;;复合材料导热系数测量实验研究[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
6 付艳恕;孙宇新;王晓萍;王金相;张晓立;;非晶箔带爆炸焊接温度产生与分布分析[A];第八届全国冲击动力学学术讨论会会议论文集[C];2007年
7 刘云;单肖楠;秦莉;王立军;;1.3μm光抽运垂直外腔面发射激光器的理论研究[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年
8 邢旭东;李明山;陈怀超;张涛;;DPL热控分析和研究[A];2008年电子机械与微波结构工艺学术会议论文集[C];2008年
9 柴金华;;《光电子学基础》课程“两结合”与“三要素”教学内容的研究与实践[A];2006-2010年教育部高等学校光电信息科学与工程专业教学指导分委员会及协作委员会2010年全体会议论文集[C];2010年
10 钱凌轩;施鹏程;陈建国;冯振中;;激光二极管阵列高阶侧模的外腔锁定[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李占国;2μm波段材料外延生长与激光器技术研究[D];长春理工大学;2010年
2 马建立;DPL的光束质量控制及稳定倍频技术研究[D];长春理工大学;2010年
3 毕德仓;微波调制测风激光雷达新方法和激光雷达测量温度关键技术的研究[D];中国海洋大学;2010年
4 周俐娜;高Q值微波光子学滤波器的理论和实验研究[D];华中科技大学;2010年
5 刘鹏;高效率泵浦耦合及光纤激光器关键技术研究[D];北京交通大学;2011年
6 曾慧中;铁电/AlGaN/GaN半导体异质薄膜的界面表征研究[D];电子科技大学;2010年
7 孙鸣捷;微型投影显示系统中混合光源照明技术和激光散斑消除技术的研究[D];浙江大学;2010年
8 杨建强;四频差动激光陀螺相关技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
9 魏文俭;激光制导光电对抗半实物仿真关键技术与系统研究[D];国防科学技术大学;2010年
10 邓蕊;ZnO基光电薄膜的物性研究及光电器件的设计与制备[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王春华;Yb:YAG薄片内腔倍频技术研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 陈铮;基于激光扫描数据的交通信息采集平台设计与实现[D];山东科技大学;2010年
3 沙鹏;半导体泵浦高重频绿光激光器研究[D];长春理工大学;2010年
4 王博;辐射桥面发射激光器工艺与测试[D];长春理工大学;2010年
5 智钢;Zn_xCd_(1-x)S纳米粉体及薄膜的制备和光致发光研究[D];郑州大学;2010年
6 张守银;非线性光学差频及和频方法产生太赫兹波及延迟成像的研究[D];郑州大学;2010年
7 贺俊博;气体检测系统中稳定LD工作的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 田昊;微型无标记静止式PCR系统研究[D];大连理工大学;2010年
9 李鸣;Sm原子束缚态及自电离态光谱的研究[D];天津理工大学;2010年
10 杨鑫会;InGaAsP/InP多量子阱锁模激光器及其超短脉冲产生的研究[D];天津理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄静,郭霞,渠红伟,廉鹏,朱文军,邹德恕,沈光地;AlAs/AlGaAs的湿氧氧化及其在VCSEL制备中的应用[J];半导体光电;2003年05期
2 蒋文波;胡松;;传统光学光刻的极限及下一代光刻技术[J];微纳电子技术;2008年06期
3 张益,潘钟,杜云,黄永箴,吴荣汉;AlAs选择性湿氮氧化的工艺条件对氧化速率的影响[J];半导体学报;1999年03期
4 赵一广,张宇生,黄显玲;垂直腔面发射半导体激光器的电、热和光波导特性[J];半导体学报;1999年11期
5 赵红东,张以谟,张存善,周革,沈光地;量子阱DBR微腔激光器中自发发射的控制[J];半导体学报;2000年10期
6 毛陆虹,陈弘达,梁琨,唐君,吴荣汉,粘华,郭维廉,吴霞宛;垂直腔面发射激光器的小信号电路模型和调制特性(英文)[J];半导体学报;2002年01期
7 康香宁,宋国峰,叶晓军,侯识华,陈良惠;高铝Al_xGa_(1-x)As氧化层对垂直腔面发射激光器的影响[J];半导体学报;2004年05期
8 董立闽,郭霞,渠红伟,杜金玉,邹德恕,廉鹏,邓军,徐遵图,沈光地;Al_(0.98)Ga_(0.02)As的湿法氧化规律[J];半导体学报;2005年01期
9 李相民,陈静;可见光垂直腔面发射激光器的性能模拟[J];北京理工大学学报;2005年01期
10 李林,钟景昌,苏伟,赵英杰;垂直腔面发射半导体激光器[J];长春理工大学学报;2003年02期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 黄占超;长波长垂直腔面发射激光器材料与物理研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2006年
2 郝永芹;高功率垂直腔面发射激光器的设计及制备[D];长春理工大学;2007年
3 程俊强;高速光纤通信系统中垂直腔面发射激光器的特性研究[D];北京邮电大学;2007年
4 刘成;长波长垂直腔面发射激光器器件工艺与光电特性研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵路民;980nm高功率垂直腔面发射激光器的研制及测试分析[D];吉林大学;2004年
2 杨盈莹;基于模式匹配法的布拉格反射器件特性研究[D];华中师范大学;2006年
3 魏东;850nm垂直腔面发射激光器的设计、工艺及特性分析[D];长春理工大学;2006年
4 郑世奇;基于速率方程的垂直腔面发射激光器数值模拟与特性研究[D];北京邮电大学;2006年
5 李海军;垂直腔面发射半导体激光器中的湿法氧化工艺研究[D];长春理工大学;2007年
6 罗广军;垂直耦合腔面发射激光器激射波长与阈值特性研究[D];西南交通大学;2007年
7 闫晓娟;外光反馈下VCSEL偏振特性的理论研究[D];西南大学;2009年
8 左亮;VCSEL刻蚀工艺研究[D];长春理工大学;2010年
9 黄雪兵;光电负反馈VCSEL的偏振特性理论研究[D];西南大学;2010年
10 杜立华;基于光反馈VCSELs双信道双向光混沌通信研究[D];西南大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘立新,赵红东,曹萌;垂直腔面发射激光器热场特性分析[J];微纳电子技术;2003年04期
2 张益,潘钟,杜云,黄永箴,吴荣汉;AlAs选择性湿氮氧化的工艺条件对氧化速率的影响[J];半导体学报;1999年03期
3 康香宁,宋国峰,叶晓军,侯识华,陈良惠;高铝Al_xGa_(1-x)As氧化层对垂直腔面发射激光器的影响[J];半导体学报;2004年05期
4 王海嵩,杜国同,许成栋,宋俊峰,唐君,陈弘达,刘宇,祝宁华;钨丝掩模大角度倾斜离子注入850nm垂直腔面发射激光器及其高频调制特性[J];半导体学报;2004年09期
5 张永明,钟景昌,赵英杰,郝永芹,李林,王玉霞,苏伟;850nm氧化物限制型VCSEL的温度特性[J];半导体学报;2005年05期
6 李相民,陈静;可见光垂直腔面发射激光器的性能模拟[J];北京理工大学学报;2005年01期
7 马丽娜,郭霞,盖红星,渠红伟,董立闽,邓军 ,廉鹏;渐变分布布拉格反射镜特性分析与测试[J];传感器世界;2005年06期
8 赵鼎,林世鸣;VCSEL稳态热特性分析[J];光电子·激光;2004年01期
9 林世鸣,程澎,康学军,马晓宇,高俊华,刘士安,张光斌,曹青,朱家廉,王红杰,罗丽萍;低阈值红光垂直腔面发射激光器[J];高技术通讯;1999年07期
10 刘成,吴惠桢,劳燕锋,黄占超,曹萌;气态源分子束外延1.3μm VCSEL器件结构[J];功能材料与器件学报;2005年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 顾媛媛;彭航宇;王祥鹏;单肖楠;尹红贺;刘云;宁永强;王立军;;高功率高亮度半导体激光器件[J];红外与激光工程;2009年03期
2 ;高功率单频激光器RIO GRANDE[J];军民两用技术与产品;2010年05期
3 方晓惠;王清月;刘俊杰;刘博文;栗岩锋;柴路;胡明列;;3.95W高功率超连续光谱产生的实验研究[J];中国激光;2010年06期
4 ;高功率连续Nd:YAG激光器[J];光学学报;1981年02期
5 刘加民,刘清舜;高功率激光系统中应用的优质KDP晶体的生长[J];人工晶体学报;1988年Z1期
6 ;高功率低阶模激光器在我校研制成功[J];湖南大学学报(自然科学版);1990年01期
7 赵悦;;高功率相干半导体激光器件[J];应用光学;1992年03期
8 ;高功率钕玻璃激光系统[J];激光与光电子学进展;1994年03期
9 吴秀丽;光盘用的低噪音高功率680nm红色激光器[J];光机电信息;1995年03期
10 ;在法国召开的高功率激光及其应用会议[J];激光与光电子学进展;1997年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 金成昌;孟波;任鉴民;;一种新型高功率碱锰电池[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
2 施翔春;;高功率固体激光器的发展趋势[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(C 激光技术与应用专题)[C];2006年
3 何晶晶;张湘英;王侠;;高功率光纤耦合器的实验研究[A];2007年全国第十六届十三省(市)光学学术会议论文集[C];2007年
4 周恒;;偶极天线用于高功率微波功率测量的研究[A];第三届全国加速器技术学术交流会论文摘要集[C];2007年
5 郭亚银;张力;黄国溪;杜晨林;阮双琛;;LD端面泵浦Nd:YVO_4复合晶体高功率黄光激光器[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
6 鄭惟綱;丁逸聖;潘錫明;簡奉任;;高功率萤光薄膜型白光芯片之发展现况[A];海峡两岸第十七届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集[C];2010年
7 刘伟慈;徐文成;;双包层高功率光纤激光器的特性研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
8 沈季平;;高功率陶瓷金卤灯的发展和应用[A];中国长三角照明科技论坛论文集[C];2006年
9 王培;;S波段连续波300W功率放大器[A];2007年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2007年
10 岳慧敏;代志勇;刘永智;;高功率、超宽带ASE光纤光源实验研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王迅;江苏奇能:4亿元投向“绿色电池”[N];中国有色金属报;2008年
2 山东 杜军;高功率恒光控制电路[N];电子报;2001年
3 冯锦;高功率开创的节能“大空间”[N];中国电力报;2007年
4 王雷;终极“杀手”从蘑菇云中诞生[N];解放军报;2007年
5 ;散热问题持续困扰高功率白光LED的应用[N];电子资讯时报;2007年
6 陈淑玲;茂达电子新推白光LED驱动IC[N];中国电子报;2008年
7 梁立明 DigiTimes;艾笛森发布250流明高亮度单芯片白光LED[N];电子资讯时报;2007年
8 记者 陈勇、通讯员 周宏亮、胡安慰;“光谷激光”与世界巨头并肩称雄[N];湖北日报;2006年
9 李存才;低噪音发电车京城亮相[N];中国财经报;2007年
10 ;可挠式基板在LED布线用基板中应用越来越广[N];电子资讯时报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 侯立峰;高功率垂直腔面发射半导体激光器热理论与制备工艺研究[D];长春理工大学;2010年
2 王伟;高功率垂直腔面发射激光器的偏振特性[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
3 刘迪;高功率垂直腔面发射激光器的热行为特性[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
4 王海林;高功率固体激光器性能优化与实验研究[D];华中科技大学;2004年
5 张岩;高功率低发散角垂直腔面发射激光器[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
6 周雷;高功率Er/Yb共掺光纤放大器的研究[D];天津大学;2010年
7 张素梅;有机薄膜场效应晶体管和高功率远结激光器的研究[D];吉林大学;2005年
8 陈进;高功率LD泵浦的内腔倍频Nd:YAG激光器研究[D];天津大学;2003年
9 叶辉;高功率MH/Ni电池用负极贮氢合金的研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2002年
10 谭荣清;高功率高重复率TEA CO2激光器研究[D];中国科学院电子学研究所;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 迟晓丽;离子辅助镀高功率CO_2激光薄膜研究[D];华中科技大学;2004年
2 王帅;碱性条件下高功率放电锌电极的性能研究[D];天津大学;2007年
3 吴彩缘;高功率双包层光纤激光器及其应用[D];厦门大学;2009年
4 喻松;激光的传输特性及其在高功率固体激光系统总体设计中的应用[D];华南师范大学;2002年
5 韩有镇;高功率横流CO_2激光器流道的温度场仿真与参数优化[D];武汉理工大学;2005年
6 黄权;高功率掺Y_b~(3+)双包层光纤激光器研究[D];广西师范大学;2006年
7 陈明;高功率复合微波柘榴石铁氧体的研究[D];西安建筑科技大学;2007年
8 林楠;高功率半导体激光器的制备技术研究[D];长春理工大学;2008年
9 王洪福;高功率横流CO_2激光器谐振腔仿真研究[D];武汉理工大学;2005年
10 张铮;200W高功率全固态激光器的特性研究[D];华中科技大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026