60. 高效率、高可靠性、高功率半导体激光芯片技术
申报企业/单位:度亘核芯光电技术(苏州)有限公司
新产品
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产品简介

度亘核芯开发的9xxnm 系列半导体激光芯片具备高功率、高效率、高亮度、高温度特性、高波长一致性、窄光谱宽度、高可靠性等特点,广泛应用于光纤/固体激光器泵浦源和直接半导体激光器系统,其中光纤激光器泵浦应用最为广泛。基于高效率、高功率、高可靠性芯片技术,开发的9xxnm高功率半导体激光芯片包含915/940/976nm 3个波段,产品涵盖单管和巴条几十款产品。其中940nm 耐高温单管芯片主要应用于泵浦1550nm光纤激光器,是汽车激光雷达光源的较优选,940nm巴条产品则主要应用与固体激光器泵浦源。915nm976nm单管产品主要应用于掺镱光纤激光器泵浦,是目前高功率光纤激光器泵浦源的最优选择,915nm 吸收谱较宽,在风冷等温度控制不是十分严格的应用中具备优势,应用范围较广,而976nm由于吸收峰高,具备更高泵浦效率的优势,正逐步成为万瓦级光纤激光器的较优选择;915nm976nm巴条产品除泵浦应用外,还广泛应用与激光清洗,熔覆等激光加工领域。

产品优势

1、 优势特色

(1)高输出功率:通过芯片设计和工艺技术攻关,解决了单管芯片产品功率饱和问题、腔面光学灾变损伤阈值偏低问题,实现了高可靠性的g高功率输出。单管产品可靠工作功率35W~55W,推动光纤激光器输出功率进一步提升的同时有效的降低了整体系统的成本;

(2)高电光转换效率:通过外延结构创新设计,兼备实现高功率和高电光转换效率两项性能指标,最高电光转换效率大于73%,工作点电光转换效率大于66%。为下游光纤激光器效率提升,功耗进一步降低提供了可能;

(3)高光束质量:通过新型的器件结构设计,有效的抑制了部分高阶模激射,使得远场发散角在慢轴方向有效减小,提高了光束质量,亮度大于3.7W/(mm·mrad),极大程度的提高了模块的耦合效率,同时高亮度参数为高功率光纤激光器应用提供了更强大的兼容性,助力了产品应用领域的延拓;

(4) 高可靠性:结合高质量的外延材料生长、优化的器件结构设计和自主开发的特殊腔面处理技术突破,兼备高效率、高功率和高可靠性三项指标,通过了2000~10000H加速老化验证,为下游厂商放心用,稳定用提供了强有力的保障。


2、 技术创新

1高效率、高功率外延结构设计技术

设计低电压非对称折射率波导结构,配合多区域渐变掺杂分布精确控制技术,实现了低损耗(0.31cm-1)和高内量子效率(96%),同时保证串联电阻没有大幅度的变化,实现了高的斜率效率和低电压;同时综合考虑增益饱和与光功率密度对大功率激光输出的影响,调控光场分布,获得了适合的光场限制因子;此外,采用高应变量子阱结构,并引入特殊的势垒波导层来减小漏电流,实现高内量子效率和高温度特性。据此实现了高功率和低电压的平衡,有效的提高了可靠工作功率和电光转换效率。

2低慢轴远场发散角器件结构设计技术

针对慢轴远场发散角随电流上升显著增大问题,开发新型多区域波导结构设计,有效分离光电分布区域对高阶模激射的影响,降低了大电流下高阶模式增多带来的慢轴发散角展宽,同时保持高功率输出,实现了亮度显著增强。

3低吸收、高均匀性、高可靠性外延生长技术

高质量外延材料生长是实现高可靠性的核心关键。通过生长工艺的精确控制实现陡峭的界面,减小散射损耗;通过生长温度和V/III比的优化减小杂质浓度以减少非辐射复合中心造成的损耗;通过设备参数与工艺参数的综合选择与优化实现高均匀性、高质量、低缺陷、低吸收外延材料。此外,采用特殊的应力调控技术调整因晶格失配产生的外延应力,并与后续芯片的制备工艺应力相协调配合,实现总体的低缺陷、低损耗、高效率和高均匀性。

4)精细化、低损伤、高均匀性器件制备工艺技术

通过精细化的前端制备工艺的优化,实现应力的精细调控,保证芯片长期工作的稳定性。同时通过低损伤的工艺优化,实现制备工艺过程中最小化缺陷密度引入,保证芯片的长期工作可靠性。

5)高腔面光学灾变损伤(COMD)阈值腔面处理技术

高功率工作条件下的腔面光学灾变损伤是限制功率输出和可靠性的最大瓶颈。理论分析和实验相结合建立了特殊的腔面处理和镀膜技术,实现了腔面清洁、腔面钝化和腔面镀膜的一体化工艺过程,具备腔面清洁度高、低吸收钝化层、膜层具有粘附性好、致密性高、应力低和吸收低等优点;建立了清洁、钝化和镀膜的无缝衔接,有效地避免了二次污染,极大地提高了半导体激光器COMD阈值,实现了腔面光功率高达20MW/cm2下的良好可靠性。

3、 市场竞争力

度亘作为一家以高端激光芯片的设计与制造为核心竞争力的IDM光电企业,拥有覆盖化合物半导体激光器芯片设计、外延生长、器件工艺、芯片封装、测试表征、可靠性验证以及功能模块等全套工程技术能力和量产制造能力,5年来专注于高性能、高功率、高可靠性半导体激光芯片及器件的设计、研发和制造,主导产品高效率高功率半导体激光芯片是光电产业链上游的核心元器件,是整个信息产业的核心部件与基石。

度亘核芯开发的高效率、高功率、高可靠性芯片技术,解决了制约半导体激光芯片高功率高效率的关键因素,成果产品具有高功率、高效率、高亮度、高可靠性等特点,技术成果报道与国际著名学术期刊《Photonics Technology Letters》,并获得评审专家高度认可,关键性能指标优于国际报道的同类产品,实现了自主可控,并形成了拥有自主知识产权的核心技术。同时产品成果获得了下游客户的充分认可,出色的满足了多领域客户的需求,进入多家光纤激光器先进制造商供应商名录。目前,高效率、高功率、高可靠性芯片已在工业加工、医疗、科研等产业领域得到广泛应用,年产芯片近三千万只,已为创鑫激光、凯普林、热刺激光等上百家厂商配套,累计实现经济效益2亿元以上。

产品参数/型号

l  主要产品(1)—用于光纤激光器泵浦源的高效率915/976nm 35W/40W单管芯片(2023年推出45/50/55W等系列产品)

l  主要产品(2)—用于固体激光泵浦的高效率9xxnm CW 200W,QCW 500W巴条芯片

l  主要产品(3)—用于激光雷达的940nm 耐高温(105℃)12W单管芯片