半導體激光器在光通信、抽運光源、激光顯示與醫(yī)療、工業(yè)加工、照明監(jiān)控等領域有著廣泛的應用。隨著下游應用領域的不斷拓展，半導體激光器也將面對越來越高的要求。那么，在半導體激光器的研發(fā)生產(chǎn)過程中，哪些技術最為關鍵呢？

結構設計優(yōu)化

高功率半導體激光器的發(fā)展與其外延與芯片結構的研究設計緊密相關。結構設計是高功率半導體激光器器件的基礎。半導體激光器的三個基本原理性問題是：電注入和限制、電光轉換、光限制和輸出，分別對應電注入設計、量子阱設計、波導結構的光場設計。半導體激光器的結構研究改進就是從這三個方面進行不斷優(yōu)化，發(fā)展了非對稱寬波導結構，優(yōu)化了量子阱、量子線、量子點以及光子晶體結構，促進了激光器技術水平的不斷提升，使得激光器的輸出功率、電光轉換效率越來越高，光束質量越來越好，可靠性越來越高。

高質量的外延材料生長技術

半導體激光器外延材料生長技術是半導體激光器研制的核心。高質量的外延材料生長工藝，極低的表面缺陷密度和體內缺陷密度是實現(xiàn)高峰值功率輸出的前提和保證。另外雜質在半導體材料中也起著重要的作用，可以說，沒有精確的半導體外延摻雜工藝，就沒有高性能的量子阱激光器。主要通過對摻雜曲線的優(yōu)化，減少光場與重摻雜區(qū)域的重疊，從而減少自由載流子吸收損耗，提高器件的轉換效率。

腔面處理技術

大功率半導體激光器的應用通常要求激光器輸出功率很高且有較好的可靠性。而制約半導體激光器輸出功率的主要瓶頸就是高功率密度下腔面退化導致的光學災變損傷(COMD)。

在半導體激光器的腔面區(qū)域，由于解理、氧化等原因存在大量的缺陷，這些缺陷成為光吸收中心和非輻射復合中心。光吸收產(chǎn)生的熱量使腔面溫度升高，溫度升高造成帶隙減小，因而在腔面區(qū)域與激光器內部區(qū)域之間形成了一個電勢梯度，引導載流子向腔面區(qū)域注入，更重要的是帶隙減小后帶間光吸收增強，兩者都會使腔面區(qū)域的載流子濃度升高，增強非輻射復合，使腔面溫度進一步升高。另一方面，大功率半導體激光器較大的電流注入也增強了腔面非輻射復合。正是光吸收、非輻射復合、溫度升高和帶隙減小的正反饋過程使腔面的溫度快速升高，最終腔面燒毀，即發(fā)生COMD。

腔面問題的根源是腔面缺陷的存在，包括腔面的污染、氧化、材料缺陷等，這些腔面缺陷首先影響COMD的一致性，其次會導致器件的退化，影響長期穩(wěn)定性。一般可以通過各種腔面鈍化和鍍膜技術，減少或者消除腔面的缺陷和氧化，降低腔面的光吸收，提高腔面的 COMD 值，從而實現(xiàn)高峰值功率輸出。

集成封裝技術

激光芯片的冷卻和封裝是制造大功率半導體激光器的重要環(huán)節(jié)，而激光器光束整形和激光集成技術是獲得千瓦、萬瓦級激光的主要途徑。由于大功率半導體激光器的輸出功率高、發(fā)光面積小，其工作時產(chǎn)生的熱量密度很高，這對封裝結構和工藝提出了更高要求。高功率半導體激光器封裝關鍵技術研究，就是從熱、封裝材料、應力方面著手，解決熱管理和熱應力的封裝設計，實現(xiàn)直接半導體激光器向高功率、高亮度、高可靠性發(fā)展的技術突破。

審核編輯 黃昊宇