锥形半导体激光器具有能够同时获得高输出功率和高光束质量的优良特点。介绍了分离电极锥形器件的锥角选择、制作工艺、光电特性等;分析了脊形区电流和锥形区电流对器件光束质量和近场特性的影响。制作的器件总腔长为5.5 mm(脊形区长度为1.5 mm,锥形区长度为4 mm),锥角为5°,器件输出功率为7 W。在脊形区电流为400 mA、锥形区电流为7 A时,器件的输出功率为6.4 W,光束质量因子M²为1.66(1/e²),亮度达到369 MW·cm ^-2·sr ^-1。

通过对波导结构和P包层的掺杂分布进行优化,减少了光场与P包层掺杂区的交叠,从而减小了半导体激光器的内部光学损耗。同时使用宽带隙GaAsP作为势垒层可以减少有源区载流子泄露,实现了内部光学损耗为0.259 cm -1。所制备的975nm波长、100 μm条宽、4 mm腔长单管器件,在室温下器件的连续输出光功率达到21 W。当输出功率为20 W时,功率转换效率仍大于50%。

光学灾变损伤(COD)常发生于量子阱半导体激光器的前腔面处, 极大地影响了激光器的出光功率及寿命。通过杂质诱导量子阱混杂技术使腔面区波长蓝移来制备非吸收窗口是抑制腔面COD的有效手段, 也是一种高效率、低成本方法。本文选择了Si杂质作为量子阱混杂的诱导源, 使用金属有机化学气相沉积设备生长了InGaAs/AlGaAs量子阱半导体激光器外延结构、Si杂质扩散层及Si3N4保护层。热退火处理后, Si杂质扩散诱导量子阱区和垒区材料互扩散, 量子阱禁带变宽, 输出波长发生蓝移。退火会影响外延片的表面形貌, 而表面形貌则可能会影响后续封装工艺中电极的制备。结合光学显微镜及光致发光谱的测试结果, 得到825 ℃/2 h退火条件下约93 nm的最大波长蓝移量, 也证明退火对表面形貌的改变, 不会影响波长蓝移效果及后续电极工艺。

为了削弱激光器工作时芯片横向温度不均而导致的热透镜效应对慢轴发散角的影响,提高慢轴的光束质量,引入了边缘绝热封装方式,即在激光器芯片两侧与过渡热沉之间加入空气隙,以降低两侧的传导散热。利用有限元分析软件ANSYS 18.0对该封装结构中激光器芯片的温度进行仿真。结果表明:当工作电流为1.6 A,芯片与热沉的接触宽为200 μm时,慢轴发散角由普通封装时的11.5°减小至8.2°,降幅为28%,光束参数积和光束质量因子也分别降低了28%和24%,热阻增大了6%。边缘绝热封装对器件激射波长、阈值电流、电光转换效率的影响很小。