论文摘要
最近20年里,半导体激光器的输出功率和电光转换效率（以下简称效率）都有了很大提高,使半导体激光器由专业的科研工具变为固体激光器和光纤激光器的泵浦源从而广泛应用于实际工业生产中。提高激光器的效率可以使激光器输入相同电流时输出更大的光功率,同时减少激光器产生的废热降低激光器的温度最终提高激光器的可靠性。如今市场上对大功率高可靠性半导体激光器需求的日益增加,使得提高激光器的效率变得非常重要。由于当今市场上对Nd:YAG固体激光器的大量需求,本文将主要研究如何提高Nd:YAG固体激光器的泵浦源808nm半导体激光器的效率。从理论上详细分析了组成激光器效率的各个因素,选择通过降低激光器的开启电压、串联电阻和阈值电流来提高激光器的效率。在理论分析和计算机模拟的基础上,确定在波导层和包层中使用AlGaAs材料,并在n型波导层中采用渐变掺杂可降低激光器的开启电压和串联电阻。重点设计了量子阱结构来降低阈值电流,提高输出光功率。通过对不同量子阱的比较,确定使用GaAsP张应变阱。阈值电流密度与量子阱价带子能级间的分离量的大小密切相关,本文使用8带k·p理论系统分析了GaAsP张应变阱的能级结构。数值计算表明当激光器激射波长为808nm时,14nm宽的GaAsP张应变阱的价带中轻重空穴第一子能级间的分离量和轻空穴第一第二子能级间的分离量大致相等,使得轻空穴第一子能级受到的子能级间相互影响最小,此时激光器阈值电流最小。本文使用AIXTRON公司的低压金属有机化学汽相外延淀积（LP-MOCVD）设备生长激光器外延片,结构为波导层和包层采用AlGaAs,量子阱采用14nmGaAsP张应变阱。之后测试由外延片制作的4种腔长单管。1mm单管的开启电压为1.56V,串联电阻为100m?,阈值电流密度为203A/cm2,根据测试结果可知在工作电流为2A时激光器的效率高达59.8%。