高精度电压源在半导体激光器测试中的应用

半导体激光器是光纤通讯，激光显示，气体探测等领域中的核心部件，受到全世界科技人员的广泛关注。在半导体激光器的生产、研发过程中，对激光器的光电特性的测量尤为重要，是控制激光器制备工艺的稳定性，激光器性能可靠性的关键环节。

半导体激光器是半导体光电转换器件。如图1所示，半导体激光器由多层材料构成。自下而上包括背电极，衬底，下光限制层，下波导层，有源层，上波导层，上限制层，上电极。不同层由不同的外延材料组成。如此层状结构是为了达到（1）载流子（电子，空穴）的注入复合发光，（2）光子横向限制，形成光波导的目的。外延完成的层状结构要经过刻蚀工艺，形成脊波导，在脊波导上制备接触电极。

如此脊波导的目的：（1）限制电流侧向扩散，（2）形成光子的侧向波导。制备完的圆片经过解理，镀膜，烧焊，压焊引线等工艺得到待测量的激光器，如同2所示。当向激光器电极注入电流时，激光器PN结两侧的电子和空穴大量的涌入有源区，在有源区电子空穴对复合，产生大量的光子，光子在波导的作用下沿轴方向传播，在激光器端面，反射光形成激射条件，透射光则为激光器输出的激光。

激光器工作特性主要体现在（1）PN结特性，串联电阻，（2）激光器的激射阈值，激光器斜率效率。这些特性决定了激光器的出光功率，功率转换效率，工作寿命等性质。生产和科研过程中经常采用PIV测量方法获得这些重要参数。

ATS-2000V系列是一款高精度、高稳定性电压输出的电压源。最大输出200V的电压，最小电压分辨率可达2μV，输出精度高，噪声低。操作面板液晶显示，简洁易懂，易于操作。系统结构简单、精度高、可靠性好、速度快，提高生产效率的同时也增加了测试精度和可靠性，降低了大量测试的成本。集成PIV系统由系统主要由ATS-2000V双通道精密源测量单元SMU、积分球、夹具及软件组成。ATS-2000V的一个通道作为激光器的电流源同时测量激光器的电压V。LD的激射出光耦合入积分球，由积分球探测器转化成光电流进入ATS-2000V高精度电压源的另一个通道，用ATS-2000V测得的光电流乘以积分球探测器功率电流转换系数就得到了激光器的出光功率。B2900A由USB端口与PIV测量软件连接，完成测量控制和数据采集。

集成PIV系统的可扩充性也是其在半导体激光器研发领域应用中的突出的优点。集成PIV系统的硬件部分，包括ATS-2000V精密测量单元，测量平台，由GPIB或USB等端口与计算机连接。因此，集成PIV系统硬件部分可以配合用户通过NationalInstrument等软件平台编写的测试软件程序，完成用户需要的，更为复杂的测量任务。

在半导体激光器的生产和研发过程中，要对半导体激光器芯片进行大量的PIV测试。相比传统的分立复杂的PIV测试系统，ATS-2000V精密测量单元集成的PIV测试系统具有系统结构简单，操作方便，精度高，可靠性强，测量迅速等优势，大大降低了激光器芯片PIV性能测量的操作成本，时间成本，同时增加了PIV测量的灵活性。ATS-2000V高精度电压源将会在半导体激光器生产和科研等领域得到广泛的应用。


审核编辑：汤梓红