0.引言

自從1962年世界上第一臺半導(dǎo)體激光器(diode laser)發(fā)明問世以來，由于其體積小、重量輕、易于調(diào)制、效率高以及價格低廉等優(yōu)點，被認(rèn)為是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一。40幾年來半導(dǎo)體激光器逐步應(yīng)用在激光唱機(jī)、光存儲器、激光打印機(jī)、條形碼解讀器、光纖電信、激光快速成型以及激光光譜學(xué)中，并不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍，進(jìn)入了一些其它類型激光器難以進(jìn)入的新的應(yīng)用領(lǐng)域。

1.半導(dǎo)體激光器的發(fā)展概況

半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料(主要是化合物半導(dǎo)體)作為工作物質(zhì)。以電流注入作為激勵方式的一種小型化激光器。它必須滿足三個基本要素：1)pn結(jié)區(qū)的電子-空穴復(fù)合，提供光增益；2)正向偏置pn結(jié)提供載流子注入；3)垂直于結(jié)的兩個解理端面形成f-p諧振腔提供反饋。

世界上第一臺半導(dǎo)體激光器是同質(zhì)結(jié)的，即和普通的pn結(jié)二極管一樣。這種同質(zhì)結(jié)激光器有源區(qū)的厚度為電子擴(kuò)散長度量級(微米量級)，閾值電流密度需達(dá)到105a/cm2，因此只能在液氮溫度(77k)和脈沖狀態(tài)下工作。1967年出現(xiàn)的單異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器由兩種不同帶隙的半導(dǎo)體材料薄層所組成，利用高帶隙勢壘的阻擋作用。使閾值電流密度降低了一個數(shù)量級，并實現(xiàn)了在室溫下脈沖工作。但不久便被1970年出現(xiàn)的雙異質(zhì)結(jié)激光器所取代。雙異質(zhì)結(jié)激光器是將窄帶隙并具有高折射率的半導(dǎo)體材料夾在兩個寬帶隙并具有低折射率的半導(dǎo)體材料之間，因而可以利用帶隙勢壘和光波導(dǎo)將載流子和光子有效地限制在有源區(qū)內(nèi)。從而使閾值電流密度又降低了一個數(shù)量級。并實現(xiàn)了室溫下連續(xù)工作。1978年出現(xiàn)的量子阱激光器是把窄帶隙超薄層夾在兩個寬帶隙勢壘薄層之間。由于有源層的厚度被減少到同電子德布羅意波長(約為10μm)差不多，即量子化尺寸。所以量子阱只在平行于阱壁的平面內(nèi)有兩個自由電子氣。提高了注入有源層內(nèi)載流子，的利用率，降低了閾值電流密度(50a/cm²)。

從20世紀(jì)70年代末開始，半導(dǎo)體激光器明顯向著兩個方向發(fā)展。一類是以傳遞信息為應(yīng)用目的的信息型激光器．另一類是以提高光功率為目的的功率型激光器。在泵浦固體激光器等應(yīng)用的推動下。高功率半導(dǎo)體激光器(連續(xù)輸出功率在100mw以上，脈沖輸出功率在5w以上。均可稱之為高功率半導(dǎo)體激光器)在20世紀(jì)90年代取得了突破性進(jìn)展，其標(biāo)志是半導(dǎo)體激光器的輸出功率顯著增加。國外kw級的高功率半導(dǎo)體激光器已經(jīng)商品化，國內(nèi)樣品器件輸出已達(dá)到600w。如果從擴(kuò)展激光波段的角度來看，先是紅外半導(dǎo)體激光器，接著是670nm紅光半導(dǎo)體激光器大量進(jìn)入應(yīng)用，接著是波長為650nm、635nm的可見光激光器問世，藍(lán)綠光、藍(lán)光半導(dǎo)體激光器也相繼研制成功，10mw量級的紫光乃至紫外光半導(dǎo)體激光器，已經(jīng)研制成功且市面上已有出售。

2.當(dāng)前主要的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品

半導(dǎo)體激光器由于廣泛地應(yīng)用，在國際和國內(nèi)已經(jīng)形成相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。nanoplus、laser components cmbh、vertlas gmbh等都是當(dāng)前國際上主要的半導(dǎo)體激光器供應(yīng)商。lager components cmbh提供了波長為635-25μm最廣的半導(dǎo)體激光器。其中包括一系列的紅外單模半導(dǎo)體激光器(3～10μm)，760 nm、850nm、794nm以及現(xiàn)在己擴(kuò)展到1.5-2μm之間的單模vcsel激光器，以及1.25～1.75μm的dfb半導(dǎo)體激光器等。vertlas gmbh是全球主要的vcsel激光器供應(yīng)者之一，這些vcsel激光器的波長范圍為1.3～2μm，可調(diào)諧波長范圍為3nm。主要用于光纖通信技術(shù)及氣體監(jiān)測。此外相干(coherent)公司生產(chǎn)的無鋁材料半導(dǎo)體激光器(aaa)。基于無鋁材料(ingaasp)半導(dǎo)體工藝，有效地避免了有源區(qū)的氧化問題。從而使半導(dǎo)體激光器具有更高的效率和更長的壽命。相干公司采用mbe方法生產(chǎn)外延片，生產(chǎn)過程可控性強(qiáng)，生產(chǎn)出的外延片性能、質(zhì)量一致性好�？色@得性能一致、可靠性強(qiáng)的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品。能夠提供的波長范圍為675-980nm的半導(dǎo)體激光器。另外相干公司還提供紫外半導(dǎo)體激光器。波長在375nm,具體型號為cube375-8e和radius 375-8。這樣就為半導(dǎo)體激光器在光固化快速成型的應(yīng)用成為現(xiàn)實。