半导体激光器输出功率影响因素的研究进展

黄佳瑶，尚 林，马淑芳，张 帅，刘青明，侯艳艳，孔庆波，许并社,2

(1.陕西科技大学 材料原子·分子科学研究所，陕西 西安 710021)(2.太原理工大学 新材料界面科学与工程教育部重点实验室，山西 太原 030024)

1 前 言

半导体激光器具有体积小、质量轻、可靠性高、效率高、寿命长等优点。近年来，随着输出功率的不断提高，半导体激光器在越来越多的应用领域逐渐取代了传统固体激光器和气体激光器的主导地位。大功率半导体激光器是大多数高性能激光系统的泵浦源，其光电转换效率较高、易于制造。以大功率半导体激光器为基础的工业和军事应用在全球范围内迅猛发展，涵盖了工业生产、激光通信、激光医疗、激光显示、自动化控制及军事国防装备等方面[1]。

近年来，通过不断提高光电转换效率，半导体激光器的输出功率越来越高。然而，仍存在许多潜在的物理机制限制了半导体激光器的最大输出功率。例如，由于灾难性的光学反射镜损坏，设备可能会在材料缺陷处[2]或前腔面处[3]发生故障；例如，在高注入电流下，许多学者都观察到功率饱和、热翻转现象[4-9]。早期文献中提到限制半导体激光器输出功率的因素包括：① 在高注入电流下，空穴迁移率较低导致的有源区下方电子的泄漏[6]；② P型波导层中载流子的积累与重新复合[7]；③ 量子阱内载流子捕获速率与受激复合速率不平衡导致的增益压缩效应[8]；④ 纵向烧孔效应[9]；⑤ 双光子吸收效应；⑥ 侧向反波导效应[10]。基于此，本文总结了影响大功率半导体激光器输出功率的主要因素及其研究进展，以期为优化激光器外延生长技术和芯片结构、改进材料生长质量以及提高激光器输出功率提供参考。……