1 大功率半导体激光器研究

　　1．1 外延片结构

　　大功率半导体激光器的发展与其外延片结构的研究和设计紧密相关。近年来，国内在此方面取得了很大的进展。

　　(1)应变量子阱结构被广泛采用。为了提高大功率量子阱半导体激光器的光电性能，特别是为了降低器件的阈值电流密度和扩展GaAs基材料系的波长覆盖范围，应变效应得到了广泛的应用。从激光器外延片结构设计的角度来看，量子阱晶格应变的引入成为新的大功率激光器结构设计参数和自由度。目前，国内各个研究组均有采用应变量子阱结构的报道。

　　(2)采用无铝有源区提高端面光学灾变损伤光功率密度。端面光学灾变损伤是限制器件功率密度的最主要因素之一。与含铝A1GaAs材料相比，无铝材料具有更大的端面光学灾变损伤密度和更高的可靠性。因此，采用无铝有源区可以提高器件的输出功率，并增加器件的使用寿命。国内各个大功率激光器研究组均有相关报道。

　　(3)宽波导大光腔结构。采用宽波导大光腔结构可以增加光束近场模式的尺寸，减小输出光功率密度，从而增加输出功率，延长器件寿命。同时，通过适当的波导结构设计，可以在保证基模工作的情况下，降低光束发散角，改善器件的光束质量。中科院半导体研究所、长春理工大学等单位都有相关的研究报道。

　　(4)非对称波导结构。目前大功率半导体激光器的波导结构主要为对称波导结构。其波导层外掺杂区域内的光吸收正比于掺杂浓度，降低掺杂浓度可以减小光损失，但是这样会导致串联电阻增大，最终使电光转换效率降低。解决这个矛盾的方法之一是采用非对称波导结构。非对称波导结构的优点是基于P型材料的光吸收比n型材料强的特性，将光场从对称分布变为非对称分布，使光场适当偏向N型波导层和限制层，以减少光场模式分布与高掺杂的P限制层的交叠比例，在不降低掺杂浓度的条件下减小光吸收损耗。

　　采用非对称波导结构减小器件的光损耗是国内高电光转换效率半导体激光器研究的最新进展之一。半导体激光器是将电能转换为光能的光电子器件，其电光转换效率是指在一定工作条件下，输出光功率与消耗电功率的比值。目前，产品化的大功率半导体激光器列阵的电光效率一般为45％～55％，比其他类型的激光器转换效率更高。但是，作为高能固体激光系统的泵浦光源，这个转换效率不够理想。例如，50％的电光效率意味着一半的能量转换成为热量。对于高功率器件，如此大比例的热量不但极大地影响了器件本身的可靠性，而且增加了高能激光电源和高效散热系统的负担。因此，这些因素极大地限制了许多新的重要应用，尤其在军事方面。

　　从2005年以来，中国科学院半导体研究所开展了高电光效率808 nm无铝非对称波导结构激光器的系统研究。为了降低大功率半导体量子阱激光器的光损耗，提高转换效率，对激射波长为808 nm的GaAs1-xPx/GaInP/AlGaInP无铝非对称波导结构激光器进行了深入的理论计算和分析设计。图l为非对称波导结构导带示意图。