本發(fā)明屬于激光器領(lǐng)域，具體涉及一種帶內(nèi)置光柵半導(dǎo)體激光器。

背景技術(shù)：

隨著輸出光功率的逐漸提高，808nm大功率半導(dǎo)體激光器在激光切割、激光焊接和激光熔覆改性等工業(yè)加工領(lǐng)域的應(yīng)用日趨擴大。從應(yīng)用方式上講，半導(dǎo)體激光器在工業(yè)加工中的應(yīng)用分為兩類：第一類是直接將半導(dǎo)體激光器輸出的激光作用于被加工材料，為了得到高的輸出功率可以采用列陣條結(jié)構(gòu)、列陣條堆疊的面陣結(jié)構(gòu)或多個線陣合束整形的結(jié)構(gòu)；第二類是將半導(dǎo)體激光器作為固體激光器泵浦源，從而解決半導(dǎo)體激光器固有的光譜特性和遠場特性差的問題。采用808nm大功率半導(dǎo)體激光器泵浦的固體激光器具有泵浦效率高、可靠性好、小型化等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于測距、照射、光電對抗等軍事和民用領(lǐng)域。

目前常用的大功率半導(dǎo)體激光器為法布里-珀羅(F-P)結(jié)構(gòu)，光譜半寬約為3nm，波長隨溫度漂移系數(shù)由材料增益峰隨溫度的漂移決定，約為0.3～0.5nm/℃。因此對于Nd:YAG激光器而言，如果采用(F-P)結(jié)構(gòu)808nm激光器進行泵浦，則必須將激光二極管溫度控制在約10℃的范圍內(nèi)，以保證泵浦波長位于晶體吸收峰內(nèi)。為了實現(xiàn)嚴(yán)格的溫度控制，需要采用循環(huán)水冷、半導(dǎo)體致冷器等主動散熱方式，這將導(dǎo)致固體激光器系統(tǒng)具有較大的溫控功耗，同時體積也難以減小，不適合工程應(yīng)用系統(tǒng)小型化的發(fā)展趨勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種帶內(nèi)置光柵半導(dǎo)體激光器，以解決目前激光器泵浦源波長隨溫度漂移系數(shù)較大，以及由此引起的功耗和體積較大的問題。

根據(jù)本發(fā)明實施例的第一方面，提供一種內(nèi)置光柵半導(dǎo)體激光器，包括由下至上依次設(shè)置的襯底、下包層、下波導(dǎo)層、有源層、上波導(dǎo)層、上包層和頂層，其中所述上波導(dǎo)層包括第一上波導(dǎo)層和第二上波導(dǎo)層，所述第一上波導(dǎo)層為所述有源層的上一層，所述第二上波導(dǎo)層為所述上包層的下一層，且所述第一上波導(dǎo)層與所述第二上波導(dǎo)層之間設(shè)置有光柵層。

在一種可選的實現(xiàn)方式中，所述有源層采用InGaAsP化合物材料制成，且所述有源層的厚度為組分In、Ga的摩爾分?jǐn)?shù)依次為0～0.25、0.75～1，組分As、P的摩爾分?jǐn)?shù)依次為0.7～0.9、0.1～0.3。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述第一上波導(dǎo)層、第二上波導(dǎo)層和下波導(dǎo)層都采用不摻雜的InGaP化合物材料制成，組分In、Ga的摩爾分?jǐn)?shù)都依次為0.49和0.51，厚度都為0.2～0.4μm。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述第一上波導(dǎo)層、第二上波導(dǎo)層和下波導(dǎo)層的厚度都為0.4μm。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述上包層包括由下至上依次設(shè)置的第一上包層、第二上包層和第三上包層，其中所述第一上包層為所述第二波導(dǎo)層的上一層，所述第三上包層為所述頂層的下一層。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述第一上包層與所述第二上包層之間設(shè)置有第一過渡層，且所述第二上包層與所述第三上包層之間設(shè)置有第二過渡層。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述第一上包層、第三上包層和下包層都采用InGaAlP化合物材料制成，所述第二上包層采用GaAlAs化合物材料制成，所述第一上包層和所述下包層中組分In、Ga、Al的摩爾分?jǐn)?shù)依次為0.5、0.25和0.25，所述第二上包層中組分Al的摩爾分?jǐn)?shù)為0.85，所述第三上包層中組分In、Ga、Al的摩爾分?jǐn)?shù)依次為0.5、0.45和0.05，所述第一上包層和第二上包層的厚度都為0.1μm，所述第三上包層和下包層的厚度都為1.25μm，所述第三上包層的帶隙能量低于所述第一上包層。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述第一過渡層和所述第二過渡層都采用GaAlAs化合物材料制成，且組分Al的摩爾分?jǐn)?shù)都為0.1，厚度都為

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述頂層的摻雜濃度大于10¹⁹cm^-3，厚度為0.2μm。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，激光器的KL取值范圍為0.2-0.3，其中K為0.0625/mm，L表示激光器腔長。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明通過在第一上波導(dǎo)層與第二上波導(dǎo)層之間設(shè)置光柵層，可以大大提高半導(dǎo)體激光器的光譜質(zhì)量和溫度穩(wěn)定性，并且可以降低激光器的功耗和體積；

2、本發(fā)明通過采用無Al的InGaAsP化合物材料制作有源層，避免了含Al有源層因Al氧化造成的器件退化，從而提高了激光器的工作壽命，使激光器具有更高的可靠性；通過對有源層的厚度以及各個組分的摩爾分?jǐn)?shù)取值進行設(shè)計，可以優(yōu)化激光傳遞的效率，并且可以避免有源層過厚時造成制備材料的浪費；

3、本發(fā)明通過采用InGaP化合物材料制作波導(dǎo)層，可以避免對波導(dǎo)層和有源層進行摻雜，從而可以解決光吸收增加，電光轉(zhuǎn)換降低的問題；通過使第一上波導(dǎo)層151、第二上波導(dǎo)層152和下波導(dǎo)層130都采用不摻雜的InGaP化合物材料制成，并使三者中組分In、Ga的摩爾分?jǐn)?shù)都依次為0.49和0.51，三者的厚度都為0.2～0.4μm，由此可以保證有源層與波導(dǎo)層之間的能隙差ΔE_c適中，不僅可減少載流子的泄漏，從而提高量子效率和降低閾值，還可以避免造成有源層與波導(dǎo)層之間異質(zhì)結(jié)晶格失配，形成更多的界面態(tài)，從而影響內(nèi)量子效率η_i；

4、本發(fā)明通過使第一上波導(dǎo)層、第二上波導(dǎo)層和下波導(dǎo)層的厚度都為0.4μm，可以進一步有效提高激光輸出功率，降低垂直發(fā)散角；

5、本發(fā)明通過采用與波導(dǎo)層InGaP具有很好的材料匹配性的InGaAlP作為包層，我們在兩個InGaAlP包層間加入高含Al量的GaAlAs包層，形成三包層結(jié)構(gòu)，以彌補InGaP和InGaAlP兩種材料導(dǎo)帶能量差較小，從而導(dǎo)致波導(dǎo)區(qū)的載流子泄漏的問題；

6、本發(fā)明通過在第一上包層與第二上包層之間，以及第二上包層與第三上包層之間分別加入由GaAlAs化合物制成的過渡層，可望減小不同材料的生長界面對器件性能產(chǎn)生的不利影響；

7、本發(fā)明通過使下包層的厚度為1.25μm，可以在保證載流子擴散的同時，減小下包層的熱阻；通過使第一上包層的厚度為0.1μm，可以使第二上包層能相當(dāng)接近波導(dǎo)區(qū)以有效限制載流子；通過使第二上包層的厚度為0.1μm，可以在提供有效的導(dǎo)帶能量補償?shù)耐瑫r，防止其電阻過大；通過使第三上包層的帶隙能量低于第一上包層，可以使第三上包層的Al組分含量低于第一上包層，熱阻和串聯(lián)電阻降低，從而可以保證第三上包層具有良好的熱學(xué)、電學(xué)傳導(dǎo)性，以將激光穩(wěn)定輸出至頂層；

8、本發(fā)明通過使第一過渡層和第二過渡層中組分Al的摩爾分?jǐn)?shù)都為0.1，且厚度都為可以使第一上包層與第二上包層以及第二上包層與第一上包層的材料更加匹配，且過渡層的影響更?。?/p>

9、本發(fā)明通過使頂層的摻雜濃度大于10¹⁹cm^-3，厚度為0.2μm，可以提高激光器的工作性能；

10、本發(fā)明通過使激光器的KL取值范圍為0.2-0.3，可以提高激光器的工作性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明內(nèi)置光柵半導(dǎo)體激光器的一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明KL取值為0.25時激光器光場分布的一個實施例示意圖；

圖3是本發(fā)明KL取值為1.5時激光器光場分布的另一個實施例示意圖；

圖4是本發(fā)明不同光柵層厚度與耦合系數(shù)的關(guān)系示意圖；

圖5是本發(fā)明內(nèi)置光柵半導(dǎo)體激光器的管芯示意圖；

圖6是本發(fā)明內(nèi)置光柵半導(dǎo)體激光器的P-I和電光轉(zhuǎn)換效率曲線示意圖；

圖7是本發(fā)明內(nèi)置光柵半導(dǎo)體激光器的光譜特性曲線。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，并使本發(fā)明實施例的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例中技術(shù)方案作進一步詳細(xì)的說明。

在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

參見圖1，為本發(fā)明內(nèi)置光柵半導(dǎo)體激光器的一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖。該內(nèi)置光柵半導(dǎo)體激光器可以包括由下至上依次設(shè)置的襯底110、下包層120、下波導(dǎo)層130、有源層140、上波導(dǎo)層150、上包層160和頂層170，其中所述上波導(dǎo)層150可以包括第一上波導(dǎo)層151和第二上波導(dǎo)層152，所述第一上波導(dǎo)層151為所述有源層140的上一層，所述第二上波導(dǎo)層152為所述上包層160的下一層，且所述第一上波導(dǎo)層151與所述第二上波導(dǎo)層152之間設(shè)置有光柵層180。

本實施例中，由于光柵具有選模特性，因此在第一上波導(dǎo)層與第二上波導(dǎo)層之間設(shè)置光柵層，可以使半導(dǎo)體激光器泵浦源的中心波長一致性獲得提升；同時，由于光柵的周期和材料折射率隨溫度的變化非常小，因此采用光柵后半導(dǎo)體激光器泵浦源的波長隨溫度漂移系數(shù)將大大降低，本發(fā)明設(shè)計的內(nèi)置光柵激光二極管泵浦源波長隨溫度漂移系數(shù)約為0.09nm/℃，光譜半寬約0.5nm，其光譜半寬不到(F-P)結(jié)構(gòu)大功率激光器的1/4，而溫度漂移系數(shù)也低于(F-P)結(jié)構(gòu)大功率激光器的1/3。窄的光譜半寬和更好的波長穩(wěn)定性，不但使泵浦系統(tǒng)的功耗和體積大幅度降低，而且也利于工程化應(yīng)用適應(yīng)性大幅度提高。由此可見，本發(fā)明通過在第一上波導(dǎo)層與第二上波導(dǎo)層之間設(shè)置光柵層，可以大大提高半導(dǎo)體激光器的光譜質(zhì)量和溫度穩(wěn)定性，并且可以降低激光器的功耗和體積。

在設(shè)計有源層時，目前通常采用GaAlAs化合物材料制成有源層140，但是采用GaAlAs化合物材料制成有源層140具有以下幾個缺點：GaAlAs的氧化使進一步的再生長和器件制作變得困難，高的生長溫度不適于單片集成；暗線缺陷和斷層的遷移，使器件性能退化。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這些問題都是因有Al元素的存在。四元系的InGaAsP晶格與GaAs匹配，是一種非常誘人的GaAlAs/GaAs替代品。它們具有更高的可靠性，InGaAsP作為有源層，有效阻止了缺陷的形成，InGaAsP/GaAs激光器比GaAlAs/GaAs激光器的DLD(暗線缺陷)形成的功率閾值至少高1～2個數(shù)量級。由于InGaAsP比GaAlAs具有明顯低的復(fù)合速率使激光器腔面溫度明顯降低，InGaAsP作為有源層的器件，其災(zāi)變損壞的功率密度至少是GaAlAs作有源層的器件的兩倍。換句話說，用同樣的幾何結(jié)構(gòu)，有源層采用InGaAsP制成的激光器的穩(wěn)定工作功率是GaAlAs有源層的兩倍，從而大大提高了激光器的腔面損傷閾值。由此可見，本發(fā)明通過采用無Al的InGaAsP化合物材料制作有源層，避免了含Al有源層因Al氧化造成的器件退化，從而提高了激光器的工作壽命，使激光器具有更高的可靠性。

此外，根據(jù)波長計算公式(1)、等效帶隙E_eff計算公式(2)和線性插值法進行計算，有源層140的厚度可以取組分In、Ga的摩爾分?jǐn)?shù)的取值范圍分別為：0～0.25、0.75～1，組分As、P的摩爾分?jǐn)?shù)的取值范圍分別為：0.7～0.9、0.1～0.3，由于發(fā)射波長與有源層材料組分的摩爾分?jǐn)?shù)和阱寬(即有源層厚度)相關(guān)聯(lián)，波長一定，兩者是一一對應(yīng)的，本實施例中，取有源層140的厚度為可得組分In、Ga、As、P的摩爾分?jǐn)?shù)分別為：0.14、0.86、0.78、0.22。需要注意的是：由于In和Ga為III族原子，As和P為V族原子，因此在計算組分的摩爾分?jǐn)?shù)時，以同族原子為單位分別計算摩爾分?jǐn)?shù)，例如III族原子In、Ga的摩爾分?jǐn)?shù)分別為0.14、0.86，兩者之和等于1。

波長計算公式：

λ＝hc/hv≈1.24/E_eff (1)

式中h為普朗克常數(shù)，c為真空中光速，ν為光子頻率。

等效帶隙E_eff計算公式：

式中E_g為In1-XGaXAsYP_1-Y體材料禁帶寬度，是普郎克常數(shù)，m_e、m_hh分別為電子和空穴有效質(zhì)量，d_W為阱層厚度。由此，本發(fā)明通過對有源層的厚度以及各個組分的摩爾分?jǐn)?shù)取值進行設(shè)計，可以優(yōu)化激光傳遞的效率，并且可以避免有源層過厚時造成制備材料的浪費。

在設(shè)計波導(dǎo)層時，從理論上講，增大有源層140與波導(dǎo)層150之間的能隙差ΔE_c，可減少載流子的泄漏，從而提高量子效率和降低閾值，但過高的能隙差ΔE_c，勢必造成有源區(qū)與波導(dǎo)區(qū)之間異質(zhì)結(jié)晶格失配，形成更多的界面態(tài)，從而影響內(nèi)量子效率η_i；此外，目前通常采用AIGaAs化合物材料制作波導(dǎo)層，但隨著波導(dǎo)的加寬，會導(dǎo)致串聯(lián)電阻和熱阻增加，在寬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，往往采用波導(dǎo)摻雜的方式，但這會帶來光吸收增加，電光轉(zhuǎn)換降低的問題。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，InGaP較AIGaAs有更好的熱學(xué)、電學(xué)傳導(dǎo)性，其內(nèi)損耗系數(shù)α_i可近似表示為：

α_i＝α_fcΓ+α_fc.x(1-Γ) (3)

式中Г為光場限制因子，α_fc為自由載流子吸收損耗，α_fc.x為阱層外的自由載流子吸收損耗。α_fc與初始載流子濃度N(對GaAs材料摻雜)有如下近似關(guān)系：

α_fc＝0.5×10^-17N (4)

當(dāng)有源區(qū)摻雜濃度在10¹⁸cm^-3以下時，α_fc恒定不變?yōu)?0cm^-1，而達到10¹⁸cm^-3時，吸收系數(shù)按(4)式隨摻雜濃度增加。對α_fc.x具有上述與α_fc相同的關(guān)系，由于本發(fā)明中激光器采用量子阱結(jié)構(gòu)，有源層140很薄，即便有源層140和波導(dǎo)層150不摻雜，向有源層中注入較少的電流也可以實現(xiàn)粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。由此，本發(fā)明通過采用InGaP化合物材料制作波導(dǎo)層，可以避免對波導(dǎo)層和有源層進行摻雜，從而可以解決光吸收增加，電光轉(zhuǎn)換降低的問題。

此外，本實施例中，第一上波導(dǎo)層151、第二上波導(dǎo)層152和下波導(dǎo)層130都采用不摻雜的InGaP化合物材料制成，且三者中組分In、Ga的摩爾分?jǐn)?shù)都依次為0.49和0.51，三者的厚度都為0.2～0.4μm，由此可以保證有源層140與波導(dǎo)層150之間的能隙差ΔE_c適中，不僅可減少載流子的泄漏，從而提高量子效率和降低閾值，還可以避免造成有源層與波導(dǎo)層之間異質(zhì)結(jié)晶格失配，形成更多的界面態(tài)，從而影響內(nèi)量子效率η_i。在一種可選的實現(xiàn)方式中，第一上波導(dǎo)層151、第二上波導(dǎo)層152和下波導(dǎo)層130的厚度可以為0.4μm，由此可以有效提高激光輸出功率，降低垂直發(fā)散角；該光柵層180可以位于第一波導(dǎo)層151與第二波導(dǎo)層152的正中間，由此可以便于材料生長時InGaP和GaAs之間的切換。

在設(shè)計包層時，為保證包層對光場有良好的限制以及防止載流子泄漏，必須保證包層與波導(dǎo)區(qū)有一個能隙差ΔE_c。研究發(fā)現(xiàn)，InGaAlP比GaAlAs更適合作為InGaP材料的包層，InGaAlP的Al組分摩爾分?jǐn)?shù)低于0.3時為直接帶隙材料，因此，比GaAlAs有更低的電阻，而高于0.3則為間接帶隙，其電阻將明顯增加，故，一般取值不超過0.3，但這又會使其與波導(dǎo)層的導(dǎo)帶能量差較小，從而導(dǎo)致波導(dǎo)區(qū)的載流子泄漏，使量子效率和特征溫度降低，本發(fā)明采用三個上包層以解決這個問題。本實施例中，上包層160包括由下至上依次設(shè)置的第一上包層161、第二上包層162和第三上包層163，其中所述第一上包層161為所述第二波導(dǎo)層152的上一層，所述第三上包層163為所述頂層170的下一層，且第一上包層161、第三上包層163和下包層120都可以采用InGaAlP化合物材料制成，所述第二上包層162可以采用GaAlAs化合物材料制成。

一般載流子擴散長度為1μm左右，所以包層不宜做得太厚；同時，減小包層厚度還可以減小熱阻，因此，下包層120的厚度可以為1.25μm，組分In、Ga、Al的摩爾分?jǐn)?shù)分別為0.5、0.25和0.25；第一上包層161與下包層120中組分In、Ga、Al的摩爾分?jǐn)?shù)一樣，厚度取0.1μm，這樣使第二上包層162能相當(dāng)接近波導(dǎo)區(qū)以有效限制載流子；第二上包層162的Al組分取0.85，這是為了能提供一個有效的導(dǎo)帶能量補償，但由于其電阻較大，我們?nèi)∑浜穸葹?.1μm；第三上包層163的帶隙能量低于第一上包層161，In、Ga、Al組分mol分?jǐn)?shù)分別為0.5、0.45和0.05，厚度為1.25μm。本發(fā)明通過使第三上包層的帶隙能量低于第一上包層，可以使第三上包層的Al組分含量低于第一上包層，熱阻和串聯(lián)電阻降低，從而可以保證第三上包層具有良好的熱學(xué)、電學(xué)傳導(dǎo)性，以將激光穩(wěn)定輸出至頂層。由此，本發(fā)明通過采用與波導(dǎo)層InGaP具有很好的材料匹配性的InGaAlP作為包層，我們在兩個InGaAlP包層間加入高含Al量的GaAlAs包層，形成三包層結(jié)構(gòu)，以彌補InGaP和InGaAlP兩種材料導(dǎo)帶能量差較小，從而導(dǎo)致波導(dǎo)區(qū)的載流子泄漏的問題。

由于第一上包層161和第三上包層163的制成材料為InGaAlP，位于第一上包層161與第三上包層163之間的第二上包層162的制成材料為GaAlAs，InGaAlP和GaAlAs材料明顯不同，它們之間不完美的生長界面將對器件的性能產(chǎn)生不利影響。因此，本實施例中，所述第一上包層161與所述第二上包層162之間設(shè)置有第一過渡層191，且所述第二上包層162與所述第三上包層163之間設(shè)置有第二過渡層192，所述第一過渡層191和所述第二過渡層192都采用GaAlAs化合物材料制成。本發(fā)明通過在第一上包層與第二上包層之間，以及第二上包層與第三上包層之間分別加入由GaAlAs化合物制成的過渡層，可望減小不同材料的生長界面對器件性能產(chǎn)生的不利影響。此外，為了使第一上包層與第二上包層以及第二上包層與第一上包層的材料更加匹配，過渡層中的Al組分應(yīng)盡量選低，并且為了降低過渡層的影響，過渡層的厚度應(yīng)盡量薄。在本實施例中，第一過渡層和第二過渡層中組分Al的摩爾分?jǐn)?shù)都為0.1，且厚度都為

在設(shè)計頂層時，從金屬與半導(dǎo)體(M-S)接觸的理論可知，M-S接觸一般類似于理想的肖特基接觸，其間的勢壘高度與金屬的性質(zhì)和半導(dǎo)體表面的摻雜有關(guān)，金屬與半導(dǎo)體接觸的好壞通常用特征電阻率R_c表示。理論計算結(jié)果表明，隨著摻雜濃度的增加，可減小半導(dǎo)體中空間電荷區(qū)寬度，對于重?fù)诫s半導(dǎo)體，如果摻雜濃度很大(N＞10¹⁹cm^-3)，則M-S接觸的勢壘寬度變得非常薄，電子的隧穿幾率大大增加，R_c強烈地依賴摻雜水平和隧穿電子有效質(zhì)量，在實際的器件制作中，除盡量選擇接觸勢壘低的金屬作接觸金屬外，更主要是在半導(dǎo)體表面制備一層均勻簡并化(即重?fù)诫s)半導(dǎo)體。以保證M-S接觸是低電阻的歐姆接觸，而不是整流特性的肖特基勢壘。本發(fā)明設(shè)計頂層摻雜濃度大于10¹⁹cm^-3，InGaAsP/GaAs激光器的頂層厚度為0.2μm。

在設(shè)計光柵層時，經(jīng)理論計算，并采用LASTIP軟件進行光場模擬，取值條件如下：腔長選擇4mm，注入電流密度為30A/mm²，相當(dāng)在0.1×4mm²面積內(nèi)注入電流12A(芯片的工作電流和注入?yún)^(qū)面積)，前后端面的反射率分別取0.001和0.95，模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)且僅當(dāng)KL(L為光柵層腔長)取0.25和1.5時能得到較好的收斂光場圖，也就是能實現(xiàn)波長鎖定，其光場分布如圖2和3所示。由圖中可以看出：在kL為0.25時，光場分布變化均勻，中間無突起，取值合理；在KL為1.5時，也能快速實現(xiàn)波長鎖定，但光場分布變化不均勻，中間有突起，取值過高，中間容易發(fā)生“燒孔”效應(yīng)，大注入電流工作條件，KL應(yīng)在0.2-0.3范圍。我們采用KL為0.25的一階光柵，取4mm激光器腔長，K應(yīng)為0.0625/mm。

我們采用Rsoft Beamprop軟件進行模擬，得到不同厚度的光柵的耦合系數(shù)如圖4所示，從圖中可以看出：當(dāng)?shù)霉鈻艑雍穸葹?0nm時，K約為0.0625/mm，我們采用光柵層厚度為20nm，并取到有源層的距離為0.2μm，通過計算，光柵周期為113.2nm，取占空比為1:1。

其中，圖1中所示各層的材料參數(shù)如下：

襯底：GaAs〈100〉Si摻雜濃度為1～4×10¹⁸cm^-3，厚度100±5μm，EPD＜500cm^-2；

第一層：In_0.5(Ga_0.5Al_0.5)_0.5P下包層，n(Si)摻雜濃度為1～3×10¹⁸cm^-3，1.25μm；

第二層：In_0.49Ga_0.51P下波導(dǎo)層，未摻雜，0.4μm

第三層：In_0.14Ga_0.86As_0.78P_0.22有源層，未摻雜，

第四層：In_0.49Ga_0.51P第一上波導(dǎo)層，未摻雜，0.2μm；

第五層:GaAs光柵層，未摻雜，20nm；

第六層：In_0.49Ga_0.51P第二上波導(dǎo)層，未摻雜，0.2μm；

第七層：In_0.5(Ga_0.5Al_0.5)_0.5P第一上包層，p(Zn)摻雜濃度為2×10¹⁷cm^-3，0.1μm；

第八層：Ga_0.9Al_0.1As第一過渡層，p(Zn)摻雜濃度為2×10¹⁷cm^-3，

第九層：Ga_0.15Al_0.85As第二上包層，p(Zn)摻雜濃度為2×10¹⁷cm^-3，0.1μm；

第十層：Ga_0.9Al_0.1As第二過渡層，p(Zn)摻雜濃度為2×10¹⁷cm^-3，

第十一層：In_0.5(Ga_0.9Al_0.1)_0.5P第三上包層，p(Zn)摻雜濃度為2×10¹⁷cm^-3，1.25μm；

第十二層：GaAs頂層，p(Zn)重?fù)诫s，濃度為>1×10¹⁹cm^-3，0.2μm；

發(fā)光條寬設(shè)計為100μm。

另外，該發(fā)明設(shè)計的808nm多包層結(jié)構(gòu)大功率半導(dǎo)體激光器管芯示意圖如圖5所示。通過測試，該結(jié)構(gòu)大功率半導(dǎo)體激光器的主要光電性能參數(shù)為：中心波長：808±1nm；光譜半寬：≤0.5nm；中心波長溫度漂移系數(shù)：≤0.1nm/℃；輸出功率：≥12W；發(fā)光條寬度：100μm，其激光器P-I和電光轉(zhuǎn)換效率曲線如圖6所示，激光器的光譜特性曲線如圖7所示。該發(fā)明盡管設(shè)計的是單發(fā)光點的激光器，但該結(jié)構(gòu)完全適用于激光器陣列bar條，只是陣列bar條由若干個同樣結(jié)構(gòu)的單發(fā)光點的激光器構(gòu)成。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。