一种基于波导界面反射的集成MOPA大功率半导体激光器

提出一种基于光波导界面反射的集成主振光放大（MOPA）大功率半导体激光器新结构，并对提出的器件结构开展以下方面的研究工作：波导界面反射计算及器件波导结构设计；针对波导自聚焦效应进行宽波导半导体激光器材料结构设计与外延生长；器件制备工艺技术研究、光束质量测量与侧向模式分析。本研究提出的集成主振光放大半导体激光器与复杂的DBR结构器件相比具有工艺简单、结构新颖的特点，并可望获得具有较高电光转换效率的高光束质量、高功率半导体激光器。高光束质量、高功率半导体激光器已经成为大功率半导体激光器发展的重要方向，可望直接替代固体激光器应用于工业加工领域，同时也被认为是空间（或大气）光通信的理想光源。该项研究既能在器件物理上对大功率半导体激光器的波导特性有更深入的理解，又具有良好的应用前景。

高功率半导体激光器电光效率高、可靠性好，但存在高注入条件下光束质量差的明显缺点，限制了更为广泛的应用需求。本项目设计了一种基于光波导界面反射的集成主振光放大（MOPA）大功率半导体激光器结构，并对提出的器件结构主要开展了以下方面的研究工作：(1)激光器波导计算及器件波导结构设计；(2)针对改善激光器的光束质量开展了GaAs基宽波导半导体激光器材料结构设计与外延生长工艺优化；(3)进行了激光器件的制备工艺技术研究和光束质量测量与模式分析。通过锥形激光器芯片的宽波导设计、工艺制备与参数优化实现了6W以上功率输出的980nm波长高光束质量锥形放大高功率半导体激光器，激光器慢轴方向输出光束的M2因子不大于2、快轴发散角约为30°。激光器工作阈值约为1.0A，斜率效率约为0.8W/A。同时，研究结果加深了对高功率半导体激光器光束质量影响机理的理解，研制激光器具有良好的应用前景。