华光光电高级工程师汤庆敏：激光加工核心光源——半导体激光器芯片及器件

9月24日，OFweek2021（第十八届）先进激光技术应用峰会暨“维科杯”年度评选颁奖典礼举办。本次会议聚焦国内激光市场，针对激光核心技术、汽车制造、航空航天、钣金加工等工业应用领域，深入讲解并探讨激光加工的技术创新及针对不同行业的实际应用。就最前沿的激光加工技术，行业趋势，应用案例，解决方案等与参会者做一次零距离的沟通与互动。

山东华光光电子股份有限公司高级工程师汤庆敏以“激光加工核心光源——半导体激光器芯片及器件”为主题，给大家带来了精彩报告。

首先，汤庆敏就半导体激光器应用概述进行了介绍。GaAs基半导体激光器的三类重要产品包括红光6xx nm系列，近红外8xx nm和9xx nm系列。它们的应用领域同工业加工高度重合。

工业加工主要使用光纤和固体激光器，915／976nm半导体激光器是光纤激光器泵浦源，808／878nm半导体激光器是固体激光器泵浦源。对于中红外激光激光，目前成熟的技术手段是通过793nm激光二极管泵浦掺铥激光器，再泵浦掺钬激光器，通过非线性转换得到。在指示传感领域，则利用激光的高度准直性，用于工业加工的指示定位、激光测距和传感等。

巨大的市场需求和广泛的实际应用对器件的性能提出更高的要求，也成为提高大功率激光器性能的强大驱动力。汤庆敏表示实现半导体激光器高功率、高效率输出有几个关键技术，其中激光器结构设计、高质量外延材料生长及腔面处理技术是重点。

具体来说，结构设计上，高增益能带结构设计，能提高内量子效率。低损耗宽波导结构设计，降低光吸收；材料生长方面，量产型MOCVD的低缺陷外延材料生长和陡峭异质结界面转换控制。外延层原位生长监控，材料质量及均匀性检测。高精度芯片系统集成商，从热沉材料、散热设计、应力设计、烧结工艺等方面，解决封装过程中的热管理和热应力问题，提高器件的工作可靠性。

从研究进展来看，国外先进的半导体激光器技术及产品主要掌握在一些实力雄厚的企业中，如相干、欧司朗、贰陆、恩耐、夏普等。国内的半导体激光器一般依靠高校及研究所，在企业中实现技术转化，近几年得到快速发展。日本、美国、德国都研究过红光激光器，其中日本的高功率及低功率产品处于国际领先。山东华光是国内率先实现红光激光器产业化的企业，单芯片额定功率1．5W＠660nm，1．2W＠640nm，光纤耦合模块功率达到10W以上。在808nm波段，国内研究较多，在功率及转换效率上同国外差距不大。

总的来说，基于GaAs衬底的6xx（635－690）、8xx（780－880）、9xx（905－1060）nm系列的半导体激光器芯片在市场需求牵引下向高功率发展迅速，已经突破影响激光器的寿命和可靠性问题，实现了从材料、芯片、模组全链条实用化。材料生长与结构设计需要进一步优化，改善材料质量降低损耗，提升短波长激光器的发光效率。未来，需要进一步优化激光器的端面膜制备技术（镀膜à生长、新设备新工艺），提升输出功率，进一步优化半导体激光器的光束质量和光路设计，提升模块封装的转换效率，降低成本。