InGaAs量子阱半导体薄片激光器芯片处理及光谱特性

半导体薄片激光器综合了面发射半导体激光器、边发射半导体激光器和二极管泵浦固体激光器的优点,获得高质量近衍射极限的基模圆形光束的同时,也可获得高的输出功率。通过半导体能带工程,半导体薄片激光器发射波长从可见光延伸到近红外,较高的腔内循环振荡功率支持腔内倍频以及锁模运转,使其在激光显示、生物医学、光通信系统等领域具有广泛的应用。论文阐述了半导体薄片激光器的发展背景以及研究意义,总结了半导体薄片激光器所具有的优点,并介绍了锁模半导体薄片激光器和倍频半导体薄片激光器的研究现状。在InGaAs量子阱半导体薄片激光器的基础知识部分,简单介绍了半导体薄片激光器增益介质具有的两种不同的基本结构以及各自后期的芯片处理。根据已设计的980nm半导体薄片激光器增益芯片的外延结构,从半导体材料的能带出发,分析了不同材料构成的量子阱结构在生长过程中由于晶格失配产生的应变,讨论了应变对量子阱能带和量子阱临界厚度的影响,对980nm半导体薄片激光器增益芯片的量子阱结构做了相关理论计算。利用多光束干涉理论和光学传播矩阵,建立了数学方程分析分布布拉格反射镜的反射率及反射带宽,数值模拟确定了构成反射镜材料的厚度。介绍了半导体薄片激光器相关热管理的基本理论,基于设计的反向生长结构的增益芯片,确定了芯片的后期处理流程。通过对液体毛细键合的理论分析,明确了对增益芯片以及散热片SiC的清洗步骤,成功将增益芯片与SiC键合,并且设计了加压装置,以加强键合强度。论文研究了增益芯片表面金属化以及铟焊封装工艺,利用化学腐蚀的方法,将增益芯片的基质层成功剥离。探讨芯片处理过程中出现的问题,并给出了解决方法。实验研究了增益芯片的自发辐射谱以及反射谱,测量了不同热沉温度下边自发辐射谱特性以及面自发辐射谱特性。通过分析自发辐射谱特性,可优化增益芯片的结构,对高功率高光束质量半导体薄片激光器的实现提供基础数据方面的支撑。