技術名稱：高功率且場形良好之傾斜波導大面積半導體雷射
技術形式：中華民國專利（1件）
授權形式：專利授權
技術來源：國立大學
應用產業：光電產業；半導體雷射

技術描述：
與固態雷射及氣體雷射相較，高功率半導體雷射有體積小、高效率及價格低廉的優點。因為以上的優點，高功率半導體雷射很適合作為固態雷射的激發光源、頻譜分析的光源以及材料切割及熱處理的光工具。為避免加速性光學破壞的發生，這些高功率半導體雷射的發射面被設計成50μm到200μm寬。雷射晶粒的典型尺寸是1000μm × 500μm × 200μm (長×寬×高)，然而，面積過大的波導減少了基本模態與高階模態的臨界增益差距，使得雷射因此工作在多模狀態。除此之外，載子與光場的非線性作用更使得光場集中在某些區域，使得發射面不同位置的輸出失去同調性，減弱雷射光聚焦後的最大強度，對於同時要求輸出功率及發光場形的應用，如何減少載子與光場間非線性作用的影響，就變得很重要。

在大面積的半導體雷射裡，載子與溫度的不均勻分布造成的折射率改變是造成光場集中的主因，特別是在波導的邊緣。在普通的直波導大面積的半導體雷射裡，因為雷射光沿波導的方向前進，所以波導中心與波導外圍的折射率差異隨光在元件來回不斷累積，最後就造成光場集中在波導邊緣。

圖一是一個可以減弱這種效應的元件結構，除了波導的幾何形狀，元件的製造流程與普通的直波導大面積的半導體雷射相同，元件使用乾蝕刻製作的雙通道脊狀波導，通道的蝕刻深度離主動區200nm，波導的方向不垂直於鏡面，而是偏離鏡面法線7度。在這個元件裡，雷射光的走向是曲折的，所以每一道光都會經過波導的中心與邊緣，這樣波導中心與波導外圍的折射率差異就不會隨光在元件裡傳播不斷累積，抵消載子與光場間的非線性作用。

元件以已經量產的AlInGaAs 1300nm磊晶片製作，波導寬50μm，元件長800μm，波導的方向偏離鏡面法線7度。裸側的元件其臨界電流是1.2A，每個發射面的微分效率是0.12mW/mA，在12安培時每個發射面輸出各1瓦的功率。和普通的直波導大面積的半導體雷射相比，傾斜波導大面積的半導體雷射的近場沒有集中的現象，近場分布平滑，半高寬是42μm。雷射光仍沿鏡面法線方向射出，水平遠場發散角半高寬4.5度，是直波導大面積半導體雷射水平遠場發散角的3.5分之1，僅是相對應的近場繞射極限的兩倍。

以傾斜大面積波導的設計，高功率且發光場形良好的雷射可以用普通的雷射製程製作，傾斜波導大面積的半導體雷射有設計簡單且容易製造的優點。(1062字)

關鍵圖式：

圖一　傾斜大面積波導的幾何形狀，紅色箭頭標明雷射行進方向

圖二　傾斜波導大面積的半導體雷射的遠場，半高寬4.5°，雷射發射方向與鏡面法線同向