大功率半导体激光器的研究进展

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1、大功率半导体激光器的研究进展戚云泽（08物理本科班,200801071279）摘要：近年来，国内外在大功率半导体激光器方面的研究均取得了很人的进展。其中，人功率半导体激光器列阵的研究和应用成为最大的亮点，如超高电光转换效率、高亮度和高可靠性等主要光电特性均实现了巨大的突破。由于半导体材料物质结构的特异性利其中电了运动的特殊性，一方面产生激光的具体过程冇许多特殊Z处，另一方面所产生的激光光束也冇独特的优势，使共在社会各方面广泛应用。从同质结到异质结，从信息型到功率型，激光的优越性也愈发明显，光谱范围宽，相干性增强，是半导体激光器

2、开启了激光应用发展的新纪元。关键词：受激辐射；光场；同质结；异质结；大功率半导体激光器0引言半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的激光器，又称半导体激光二极管（LD）,是20世纪60年代发展起来的一种激光器。半导体激光器的工作物质有儿十种，例如碑化稼（GaAs）、硫化镉（CdS）等，激励方式主要有电注入式、光泵式和高能电子束激励式三种。半导体激光器从最初的低温（77K）下运转发展到室温下连续工作；从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱（单、多量子阱）等多种形式。半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的光

3、纤导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展。半导体激光器的体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用遍布临床、加工制造、军事，其中尤以大功率半导体激光器方面取得的进展最为突出。1半导体激光器的发展历史20世纪60年代初期的半导体激光器是同质结型激光器，它是在一种材料上制作的pn结二极管。在正向大电流注入下，电子不断地向P区注入，空穴不断地向区注入。于是,在原来的pn结耗尽区内实现了载流子分布的反转，由于电子的迁移速度比空穴的迁移速度快，在有源区发生辐射、复合，发射111荧光，在一定的条件下发生激光。这是一种只能以脉冲形式工作

4、的半导体激光器。半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器，它是由两种不同带隙的半导体材料薄层。如GaAsoGaAIAs所组成，最先出现的是单异质结构激光器（1969年）。单异质结注入型激光器（SHLD）是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP-N结的P区之内，以此来降低阀值电流密度，其数值比同质结激光器降低了一个数量级，但单界质结激光器仍不能在室温下连续工作。1970年，实现了激光波长为9000A,室温连续工作的双异质结caAs—GaAIAs（神化镣一稼铝神）激光器。双异质结激光器（DHL）的诞生使可用波段不断

5、拓宽，线宽和调谐性能逐步提高,英结构的特点是在P型和n型材料之I'可生长了仅有0。2tt0ni厚的，不掺杂的，具有较窄能隙材料的一个薄层，因此注A。00载流子被限制在该区域内(有源区)，因而注人较少的电流就可以实现载流子数的反转。在半导体激光器件中。目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。随着异质结激光器的研究发展，加之由于MBE、MOCVD技术的成就，于是，在1978年出现了世界上第一只半导体量子阱激光器(QWL),它大幅度地提高了半导体激光器的各种性能。后来，乂由于MOCVD、MB

6、E生长技术的成熟，能生反出高质量超精细薄层材料，之后，便成功地研制出了性能更加良好的量子阱激光器，量子阴:半导体激光器与双异质结(DH)激光器相比，具有阈值电流低、输出功率高，频率响应好，光谱线窄和温度稳定性好和较高的电光转换效率等许多优点。从20世纪70年代末开始，半导体激光器明显向着两个方向发展，一类是以传递信息为目的的信息型激光器°另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。在泵浦固体激光器等应用的推动下，高功率半导体激光器(连续输出功率在100mw以上，脉冲输岀功率在5W以上，均可称之谓高功率半导体激光器)在20世纪90

7、年代取得了突破性进展，其标志是半导体激光器的输出功率显著增加，国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化，国内样品器件输出已达到600W［l,o如果从激光波段的被扩展的角度来看，先是红外半导体激光器，接着是670hm红光半导体激光器大量进人应用，接着，波长为650nm.635nm的问世，蓝绿光、蓝光半导体激光器也相继研制成功，10呗量级的紫光乃至紫外光半导体激光器，也在加紧研制中⑵。表1同质结利异质结半导体激光器性能对照［31名称制成时间主耍制作方法突破特性阈值电流A/cm2工作温度缺点同质结1962扩散法半导体材料10577K

8、脉冲工作阈值电压过高单异质结1967液相外延法脉冲下工作10室温脉冲工作不能连续工作双异质结1970液相外延法连续工作10，室温连续工作多纵模发射2半导体激光器的工作原理半导体激光器是一种相干辐射光源，要使它能产生激光，必须具备三个基本条件：(1)增益条件：建立起激射媒质(有