谢红云1，安振峰2 ，陈国鹰1（1.河北工业大学信息学院，天津 300130；
2.中电科技集团电子13所，河北 石家庄 050051）
摘要：综合介绍了目前半导体大功率激光器普遍采用的材料结构、芯片结构、封装技术、散热致冷技术以及发展现状；给出了当前大功率半导体激光器的研究发展方向。 关键词：大功率；激光器阵列；封装 中图分类号：tn248.4 文献标识码：a 文章编号：1003-353x(2003)04-0033-04
1 引言 大功率半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、功率大、高效率等诸多优点，在国民经济的许多领域有重要应用。它已成为工业、军事国防等行业的固体激光器必需的泵浦光源，广泛应用于激光测距、核爆模拟、激光雷达传输、材料加工、微处理、热处理、打标定位等。大功率激光器还在医学上得到广泛应用，如手术治疗肿瘤、皮肤治疗、牙科治疗、光镇痛和光针灸、光学层析造影（oct）等。 2 发展现状 半导体大功率激光器阵列的发展越来越快。其峰值功率不断上升，连续状态的激光器产品，线阵列的输出功率也已达到了50w [1]，国外已出现有连续工作线阵列输出功率达到198w的报道 [2]。工作于准连续状态的激光器产品，占空比2℅的线阵列输出功率达100w，最高的研究报道已达到200w 以上[3]。占空比已做到20℅，其输出功率可以做到70w。在转换效率上，已经有了电光转换效率达到60%以上 [2]，工作寿命达到20000小时的报道。并且，器件可以在更高的温度下工作，而功率、波长等参数不发生严重的变化。coherent公司的商用化产品具有很高的性能指标，表1和表2 [1]分别给出了该公司器件的工作性能指标。 据laser focus world[4]报道，dpssl即半导体泵浦固体激光器系统是大功率激光器的最大应用。2001年dpssl行业的收入比2000年增长了18%，达到了100百万美元。该报道预测2002年 dpssl行业的增长会达到23%，对于泵浦大型的dpssl系统（功率为千瓦级）的堆积激光器面阵列，增长更为显著，达到了38%。由于半导体激光器阵列越来越显示出其特有的优势，即光束质量高、成本低、可靠性高，千瓦级的半导体激光器阵列大有代替氙灯泵浦的固体激光器，进入工业材料处理市场的趋势。同时，2001年大功率激光器阵列在军事上的应用也有很大增长。 3半导体大功率激光器概述 正如前面所述，大功率激光器的主要应用是泵浦固体激光器。现以泵浦nd：yag固体激光器的808nm的大功率半导体激光器阵列为例，简单介绍大功率激光器阵列的内部结构，外部宏观结构及其工艺过程。 3.1 材料结构

器件的材料结构多为分别限制折射率渐变单量子阱（grin qw sch）结构，如图1所示。采用mocvd外延方法，严格控制各个层的厚度，从而很好地控制载流子和光子的分布，降低阈值电流密度，提高效率和激光器芯片的性能参数。采用渐变折射率结构（grin），形成载流子势垒和纵向的光波导，可以实现对载流子和光子的紧密限制，进一步降低阈值电流密度，提高输出功率。 3.2 工艺过程及外部结构

材料生长、芯片加工、烧结和测试是半导体激光器的四个基本过程。具体步骤：外延片进入工艺加工，通过多次的光刻形成阵列结构，金属化做好激光器的欧姆接触。解理、腔面镀膜，然后将芯片p面朝下，装好电极烧焊在载体上，形成如图 2所示的单条激光器阵列。大功率半导体激光器的单条的宽标准为1cm，每条有几十到一百个发光单元。图3给出的是单条阵列的版图结构。其中，w代表发光单元的宽度， s代表间隔周期。目前，大功率激光器多采用大光腔，有源层发光单元的宽度从几个mm增加到100mm以上，这可降低端面功率密度，提高光灾变功率（cod）。 4几个特色问题 4.1 温度分布

半导体激光器阵列中，温度分布可以看作时间 和空间的分布。在时间上，从激光器开始加电起，有源区的温度不断上升；保持载体底端温度恒定，形成温度差，由载体将产生的热量传递出去；一定时间以后，有源区与载体底