CN118112399A - 高功率半导体激光芯片性能评估及结构优化方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了高功率半导体激光芯片性能评估及结构优化方法，其中高功率半导体激光芯片性能评估方法包括：在待测芯片N面电极上设置窗口；使待测芯片保持工作状态，待测芯片量子阱有源区产生自发辐射；使自发辐射成像于待测芯片外部；在待测芯片外部通过光谱仪获取自发辐射的光谱，得到待测芯片在工作状态下的量子阱温度的二维分布；在待测芯片外部通过CCD相机获取自发辐射成像的图像，得到待测芯片在工作状态下的量子阱内载流子的二维分布。本申请公开的高功率半导体激光芯片性能评估及结构优化方法，能够获得分辨率自由调节的工作状态下待测芯片量子阱内温度与载流子浓度的分布，操作方便，简单易行，有效提高评估结果准确度。

Description

高功率半导体激光芯片性能评估及结构优化方法

技术领域

本申请涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及高功率半导体激光芯片性能评估及结构优化方法。

背景技术

高功率半导体激光器芯片的发展方向就是更高的功率转换效率，更高输出光功率，更高亮度。高功率半导体激光器芯片作为一个光子、载流子、声子等相互耦合的高度非线性系统，获得激光器芯片工作状态有源区内的载流子及温度的空间分布，对激光器的性能评估，以及进行针对性的结构优化是非常重要的。

目前，增加激光器芯片的发光区宽度，延长激光器芯片的谐振长度，制备宽波导长腔长的半导体激光芯片是提高光功率的主要手段。高功率宽区长腔长半导体激光器慢轴（侧向）方向上的物理尺寸远大于其典型工作波长（0.8至2.0μm），大电流工作时，由于载流子以及热侧向扩散的共同作用，在侧向倾向于多模式发射，从而影响了功率效率以及大幅降低了其侧向的光束质量；腔长（纵向）方向由于极端的不对称镀膜引起的载流子浓度和温度沿增反膜到减反膜方向的不均匀分布，尤其是在远离阈值的大电流工作时，载流子以及温度不均匀分布逐渐增加，半导体激光芯片的性能退化，光输出功率下降。这些效应限制了高功率宽区长腔长半导体激光器的进一步应用。因此，高功率宽区长腔长半导体激光芯片的结构优化，输出光功率，功率转换效率以及亮度的进一步提升，获得真实工作状态下有源区内的温度分布，载流子分布是非常重要的。

目前有一些的试图对温度分布和载流子分布进行评估的方案，包括通过测量腔面反射率推断温度的反射法，包括通过中远红外成像的热辐射法，包括通过侧边自发辐射推断载流子浓度等。然而这些方案存在测试系统分辨率不足，难以获得物理量在有源区内的二维分布以及测试系统繁琐等问题。

发明内容

为了解决以上问题的一个或多个，本申请提出高功率半导体激光芯片性能评估及结构优化方法。

根据本申请的一个方面，提供了高功率半导体激光芯片性能评估方法，包括：

在待测芯片N面电极上设置窗口；

使待测芯片保持工作状态，待测芯片量子阱有源区产生自发辐射；

通过预先设置在自发辐射的辐射方向上的第一透镜使自发辐射成像于待测芯片外部；

在待测芯片外部通过光谱仪获取自发辐射的光谱，得到待测芯片在工作状态下的量子阱温度的二维分布；

在待测芯片外部通过CCD相机获取自发辐射成像的图像，得到待测芯片在工作状态下的量子阱内载流子的二维分布。

根据本申请的第二个方面，提供了高功率半导体激光芯片结构优化方法，包括：

获取待测芯片的载流子分布和待测芯片的光场分布，记录当前待测芯片的N面电极的纵向分段数为W；

对待测芯片的光场分布进行归一化处理得到归一化光场强度，记为P(z)；

对待测芯片的载流子分布进行归一化处理得到归一化载流子强度，记为N(z)；

根据归一化载流子强度N(z)和归一化光场强度P(z)计算失配度δ，失配度δ的表达式如下：

式中，z表示归一化纵向位置，

根据当前失配度δ判断待测芯片是否需要优化，若待测芯片需要优化，则增加待测芯片的N面电极的分段数，使W=W+1，并改变N面电极各分段上的金线排布，使N面电极各分段上的金线数量与各分段上的归一化光场强度成正比；

重复执行以上各步骤，直至根据失配度δ判断得到待测芯片无需优化，优化结束；

其中，获取待测芯片的载流子分布的方法为以上任意一种高功率半导体激光芯片性能评估方法。

根据本申请的第三个方面，提供了高功率半导体激光芯片性能评估系统，应用于上述任意一种高功率半导体激光芯片性能评估方法，包括：

恒温装置，恒温装置用于保持待测芯片的温度，使待测芯片能够在预定的温度下工作；

透镜装置，透镜装置包括第一透镜、分束镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜设置在待测芯片自发辐射的辐射路径上，第一透镜的出射方向上设置有分束镜，分束镜用于将第一透镜的出射光分成两束，第二透镜和第三透镜分别设置在分束镜的两个出射方向上；

光谱仪，光谱仪包括信号采集元件，光谱仪的信号采集元件设置在第二透镜的出射方向上；

CCD相机，CCD相机设置在第三透镜的出射方向上；

二维位移装置，透镜装置、光谱仪的信号采集元件和CCD相机均设置在二维位移装置上，二维位移装置能够带动透镜装置、光谱仪的信号采集元件和CCD相机移动，在不改变第一透镜与待测芯片自发辐射出射面的垂直距离的同时，改变第一透镜和待测芯片的相对位置。

本申请公开的高功率半导体激光芯片性能评估及结构优化方法，通过在待测芯片N面电极区设置窗口，并通过透镜成像，使待测芯片的量子阱能够成像到待测芯片外，进而得到待测芯片工作状态下的温度和载流子浓度分布，在不影响芯片性能的前提下，能够获得分辨率自由调节的工作状态下待测芯片量子阱内温度与载流子浓度的分布，操作方便，简单易行，减少评估过程中的推论过程，评估结果更加准确，同时针对载流子的浓度分布测试结果，通过增加N面电极分段并改变N面电极金线排布的方式，使纵向载流子与光场分布的失配消除，提升待测芯片性能。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的高功率半导体激光芯片性能评估方法的流程图。

图2为本申请一实施例提供的高功率半导体激光芯片性能评估方法中待测芯片在发光方向的截面的部分示意图。

图3为本申请一实施例提供的高功率半导体激光芯片性能评估系统的结构示意图。

图4为本申请一实施例提供的高功率半导体激光芯片性能评估方法中N面电极沿腔长方向的截面示意图。

图5为常规的高功率半导体激光芯片的金线排布。

图6为常规的高功率半导体激光芯片纵向载流子和光场分布示意图。

图7为本申请一实施例提供的高功率半导体激光芯片结构优化方法优化后的高功率半导体激光芯片的金线排布。

图8为本申请一实施例提供的高功率半导体激光芯片结构优化方法优化后的高功率半导体激光芯片纵向载流子和光场分布示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“两端”、“两侧”、“底部”、“顶部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“上级”、“下级”、“主要”、“次级”等仅用于描述目的，可以简单地用于更清楚地区分不同的组件，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1：

参考说明书附图1，本发明实施例提供了高功率半导体激光芯片性能评估方法，包括以下步骤：

步骤1：在待测芯片N面电极上设置窗口；

步骤2：使待测芯片保持工作状态；

步骤3：将待测芯片量子阱有源区自发辐射成像于待测芯片外部；

步骤4：根据自发辐射的光谱和自发辐射成像的图像，得到待测芯片在工作状态下的量子阱温度的二维分布和量子阱内载流子的二维分布。

具体的，参考说明书附图2，示出了待测芯片在发光方向的截面的部分示意图。图中所示结构包括N面电极101、衬底102和量子阱103。

本实施例以注入区宽度90μm的GaAs基、前腔反射率1.5%、后腔反射率99%、腔长5.0mm的待测芯片为例，对高功率半导体激光芯片性能评估方法进行说明。

在可选的实施例中，步骤1中，在待测芯片N面电极上设置窗口可以通过lift-off工艺进行，由此，通过在待测芯片N面电极上设置窗口，使待测芯片工作状态下量子阱的自发辐射能够通过衬底成像。

在待测芯片N面电极上设置的窗口，应该满足不明显影响电注入的条件。在可选的实施例中，窗口的尺寸需要满足以下公式：

l≤0.01*L；其中，l表示窗口在腔长方向的尺寸，L表示腔长。

参考说明书附图3，示出了一种高功率半导体激光芯片性能评估系统的结构示意图，为了便于描述，以待测芯片10的自发辐射出射面的一个顶点为原点O，以自发辐射的出射方向为z轴，以待测芯片10的发光方向为x轴，建立三维坐标系。

待测芯片10放置在恒温装置38上，恒温装置38用于保持待测芯片10的温度，使待测芯片10能够在预定的温度下工作，第一透镜31、分束镜32、第二透镜33、第三透镜34、光谱仪36的信号采集元件35和CCD相机37均设置在二维位移装置（图中未示出）上，第一透镜31、分束镜32、第二透镜33、第三透镜34、光谱仪36的信号采集元件35和CCD相机37的相对位置固定，且在二维位移装置的带动下，能够在XY平面内移动。

当z=0时，xy平面的截面示意图，即N面电极沿腔长方向的截面示意图可以参考说明书附图4所示，N面电极101包括窗口1011和金属区1012。以腔长5.0mm为例，窗口尺寸可以是50μm*400μm，窗口位置沿着腔长方向以500μm为周期均匀分布。

在步骤2中，使待测芯片保持工作状态，其目的是，使待测芯片量子阱有源区产生自发辐射。

在步骤3中，通过预先设置在自发辐射的辐射方向上的第一透镜使自发辐射成像于待测芯片外部，具体可以包括：

第一透镜的出射方向上设置有分束镜，沿分束镜两个出射方向分别设置第二透镜和第三透镜，光谱仪的信号采集元件设置在第二透镜的出射方向上，CCD相机设置在第三透镜的出射方向上。

由此，通过分束镜、第二透镜和第三透镜的设置，能够使工作状态下待测芯片量子阱有源区产生的自发辐射通过第一透镜、分束镜、第二透镜和第三透镜同时成像到光谱仪的信号采集元件和CCD相机处，便于量子阱温度分布和载流子分布的计算。

在步骤4中，根据自发辐射的光谱和自发辐射成像的图像，得到待测芯片在工作状态下的量子阱温度的二维分布和量子阱内载流子的二维分布具体包括：

在待测芯片外部通过光谱仪获取自发辐射的光谱，得到待测芯片在工作状态下的量子阱温度的二维分布；

在待测芯片外部通过CCD相机获取自发辐射成像的图像，得到待测芯片在工作状态下的量子阱内载流子的二维分布。

其中，待测芯片在工作状态下的量子阱温度的二维分布具体包括以下步骤：

保持待测芯片注入电流I不变，保持待测芯片温度T0不变，保持光谱仪的信号采集元件、CCD相机、第一透镜、分束镜、第二透镜和第三透镜的相对位置不变，保持第一透镜与待测芯片自发辐射出射面之间的垂直距离不变，二维位移装置在平面内运动，由此改变第一透镜与待测芯片的相对位置，沿空间位置依次记录光谱仪数据，获得在注入电流I和温度T0下工作的待测芯片在窗口内自发辐射光谱峰值波长λ0，光谱峰值波长λ0能够由光谱仪直接给出；

在满足预定的占空比与脉冲要求的条件下，改变待测芯片温度，使待测芯片温度分别为T1、T2、……、Tn-1和Tn，其中n为不小于2的自然数，T1、T2、……、Tn-1和Tn的数值各不相同，单位均为℃，分别在T1、T2、……、Tn-1和Tn的温度条件下，保持光谱仪的信号采集元件、第一透镜、分束镜和第二透镜的相对位置不变，改变光谱仪的信号采集元件与待测芯片的水平距离，即保持第一透镜与待测芯片自发辐射出射面之间的垂直距离不变，使第一透镜与待测芯片的相对位置发生改变，沿空间位置依次记录光谱仪数据，分别获得不同温度下工作的待测芯片在窗口内自发辐射光谱峰值波长λ(T1)、λ(T2)、……、λ(Tn-1)和λ(Tn)；

根据最小二乘法线性回归，计算得到自发辐射光谱温度漂移系数δλ；

根据自发辐射光谱温度漂移系数δλ以及光谱峰值波长λ0，得到在注入电流为I、温度为T0的情况下工作的待测芯片的量子阱温度的二维分布。

具体的，光谱仪的信号采集元件可以是光纤，由此，光纤采集待测芯片自发辐射产生的光，输入光谱仪后获得自发辐射光的光谱分布。

温度T0和注入电流I是预先设置的参数，注入电流I通过外加电源加载在待测芯片上实现，温度T0通过恒温装置实现，温度T0在能够保证待测芯片正常工作的前提下可以随机取值。恒温装置可以是现有技术中任何以自动开路或闭路来保持待测芯片在预设的温度范围内的装置，恒温装置可以包括敏感元件和转换器，敏感元件用于测量温度的变化，转换器用于根据温度变化对待测元件进行加热或散热。

预定的占空比和脉冲要求可以是低占空比和短脉冲，其中低占空比指的是占空比的千分之一，短脉冲指的是脉宽小于1μs。

温度T1、T2、T3、……、Tn-1和Tn中，n的取值可以是大于2的自然数。当n=8时，温度T1、T2、T3、……、T7和T8可以是初始温度5℃、步长为5℃的等差数列，也可以是初始温度4℃、步长为7℃的等差数列，也可以是在保证待测芯片正常工作的前提下随机取值的8个温度点。由此，通过多次测量，使自发辐射光谱温度漂移系数δλ的计算更加准确，降低单次测量中可能存在的误差。

通过n次改变散热器温度T，获得n组与其对应的自发辐射光谱峰值波长λ(Tn)，将这n组观测数据代入最小二乘法公式获得光谱温度漂移系数δλ。

光谱温度漂移系数δλ的计算公式如下：

式中，λi表示第i次测量中获得的自发辐射光谱峰值波长，Ti表示第i次测量对应的温度，i为不小于1的自然数；表示n次测量中光谱峰值波长的平均值，/>表示n次测量中温度的平均值。

在可选的实施例中，根据自发辐射光谱温度漂移系数δλ以及温度T0对应的光谱峰值波长λ(T0)，得到在注入电流为I、温度为T0的情况下工作的待测芯片的量子阱温度的二维分布具体包括：

式中，Tc表示量子阱温度，λ为当前从光谱仪获得的光谱峰值波长，λ(T0)表示温度为T0时得到的光谱峰值波长λ(T0)。

在可选的实施例中，在待测芯片外部通过CCD相机获取自发辐射成像的图像，得到待测芯片在工作状态下的量子阱内载流子的二维分布可以包括：

保持待测芯片注入电流I不变，保持待测芯片温度T不变，保持光谱仪的信号采集元件、CCD相机、第一透镜、分束镜、第二透镜和第三透镜的相对位置不变，保持第一透镜与待测芯片自发辐射出射面之间的垂直距离不变，获取自发辐射成像的CCD图像；

获取CCD图像的灰度值，对灰度值进行平方根计算，得到在注入电流为I、温度为T的情况下工作的待测芯片的量子阱内载流子的二维分布。

由于CCD相机的视场范围足够大，因此，在CCD相机的初始位置和CCD相机随二维位移装置移动的过程中，在任意位置上获取一次CCD图像采集一次图像，即可获得自发辐射成像的全部CCD图像。由于自发辐射的强度和载流子浓度的平方成正比，因此，通过CCD图像的灰度值的平方根，即可表征载流子分布，测试方法简单，计算简便，计算结果更准确。

本申请公开的高功率半导体激光芯片性能评估方法，通过在待测芯片N面电极区设置窗口，并通过透镜成像，使待测芯片的量子阱能够成像到待测芯片外，进而得到待测芯片工作状态下的温度和载流子浓度分布，在不影响芯片性能的前提下，能够获得分辨率自由调节的工作状态下待测芯片量子阱内温度与载流子浓度的分布，操作方便，简单易行，减少评估过程中的推论过程，评估结果更加准确；对温度分布和载流子浓度分布实现评估，是对侧向热透镜效应和纵向温度不均匀效应进行评估，以及对侧向载流子积累、侧向载流子泄露和纵向载流子不均匀效应进行抑制的基础，有利于待测芯片后续评估以及优化的进行。

实施例2：

本发明实施例还提供高功率半导体激光芯片结构优化方法，包括以下步骤：

获取待测芯片的载流子分布和待测芯片的光场分布，记录当前待测芯片的N面电极的纵向分段数为W；

对待测芯片的光场分布进行归一化处理得到归一化光场强度，记为P(z)；

对待测芯片的载流子分布进行归一化处理得到归一化载流子强度，记为N(z)；

根据归一化载流子强度N(z)和归一化光场强光场的纵向归一化分布P(z)计算失配度δ，失配度δ的表达式如下：

式中，z表示归一化纵向位置，

根据当前失配度δ判断待测芯片是否需要优化，若待测芯片需要优化，则增加待测芯片的N面电极的分段数，使W=W+1，并改变N面电极各分段上的金线排布，使N面电极各分段上的金线数量与各分段上的归一化光场强度成正比；

重复执行前述步骤，直至根据失配度δ判断得到待测芯片无需优化，优化结束；

其中，获取待测芯片的载流子分布的方法为实施例1中任意一种的高功率半导体激光芯片性能评估方法。

由此，通过增加N面电极的分段，改变注入每一个分段的注入电流，增加调整精度，能够更精细化地改变金线排布方式；通过改变每个分段上的金线数量，实现对金线排布方式的改变，从而调整载流子分布，减少载流子分布与光场分布之间的差异，使光场分布和载流子分布趋近于重合，达到优化效果。

其中N面电极分段数W的初始值可以是1，也可以是大于1的自然数。

对于给定腔面反射率的待测芯片来说，光场分布是固定的。

具体的，根据当前失配度δ判断待测芯片是否需要优化包括：

计算下列公式的值：

其中，δ表示失配度，P(z)归一化光场强度P(z)；

判断计算得到的数值是否小于预定值，若计算得到的数值小于预定值，则待测芯片无需优化，若计算得到的数值不小于预定值，则待测芯片需要优化。

在可选的实施例中，预定值可以是5%。由此，当计算得到的数值小于5%，可以看做光场分布和载流子分布大致重合，预定值可以根据实际生产中的需要设置。

增加待测芯片的N面电极的分段数可以采用金属剥离的方法实现。

具体的，参考说明书附图5示出了常规的高功率半导体激光芯片的金线排布，说明书附图6示出了常规的高功率半导体激光芯片纵向载流子和光场分布示意图。对于常规的高功率半导体激光芯片来说，N面电极分段数为1，N面电极金线排布均匀，单位长度内金线数量相等，载流子沿着腔长方向均匀注入，然而光场由于前后腔面镀膜不对称导致其沿腔长方向分布存在极端不对称。从而载流子分布和光场分布存在严重失配，导致器件效率下降，发热增加，温度升高。

说明书附图7示出了经过本实施例提供的高功率半导体激光芯片结构优化方法优化后的高功率半导体激光芯片的金线排布，说明书附图8示出了经过本实施例提供的高功率半导体激光芯片结构优化方法优化后的高功率半导体激光芯片纵向载流子和光场分布示意图。在说明书附图6和说明书附图8中，通过箭头方向对各曲线表示的含义进行了示意。从说明书附图7中能够得到，归一化光场强度越大，对应的分段内的金线数量越多。

本实施例与实施例1相同的特征在此不再赘述。

本发明实施例提供的高功率半导体激光芯片结构优化方法，通过引入失配度，对载流子分布和光场分布的吻合程度进行判断，并通过逐步增加N面电极的分段数，并改变每个分段上的金线数量，使光场分布和载流子分布的差异减小，一方面，有效提高芯片效率，同时降低芯片发热，另一方面，由于分段数越多工艺步骤就越多，因此通过增加分段数，改变金线分布，计算失配度，再增加分段数，改变金线分布的循环步骤，在使失配度满足预设条件的同时，避免了不必要的工艺步骤，在保证优化效果的同时，提高优化效率。

实施例3：

参考说明书附图3，本发明实施例还提供高功率半导体激光芯片性能评估系统，应用于实施例1中任一的高功率半导体激光芯片性能评估方法，包括：

恒温装置38，恒温装置38用于保持待测芯片的温度，使待测芯片能够在预定的温度下工作；

透镜装置，透镜装置包括第一透镜31、分束镜32、第二透镜33和第三透镜34，第一透镜31设置在待测芯片10自发辐射的辐射路径上，第一透镜31的出射方向上设置有分束镜32，分束镜32用于将第一透镜31的出射光分成两束，第二透镜33和第三透镜34分别设置在分束镜32的两个出射方向上；

光谱仪36，光谱仪36包括信号采集元件35，光谱仪36的信号采集元件35设置在第二透镜33的出射方向上；

CCD相机37，CCD相机37设置在第三透镜34的出射方向上；

二维位移装置，透镜装置、光谱仪36的信号采集元件35和CCD相机37均设置在二维位移装置上，二维位移装置能够带动透镜装置、光谱仪36的信号采集元件35和CCD相机37移动，在不改变第一透镜31与待测芯片10自发辐射出射面的垂直距离的同时，改变第一透镜31和待测芯片10的相对位置。

在可选的实施例中，第二透镜33和第三透镜34采用参数相同的透镜，光谱仪的信号采集元件35与第二透镜33之间的距离等于CCD相机37与第三透镜34之间的距离。

本实施例与实施例1相同的特征在此不再赘述。

本申请公开的高功率半导体激光芯片性能评估方法，通过在待测芯片N面电极区设置窗口，并通过透镜成像，使待测芯片的量子阱能够成像到待测芯片外，进而得到待测芯片工作状态下的温度和载流子浓度分布，在不影响芯片性能的前提下，能够获得分辨率自由调节的工作状态下待测芯片量子阱内温度与载流子浓度的分布，操作方便，简单易行，减少评估过程中的推论过程，评估结果更加准确。

以上所述仅是本申请的可选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.高功率半导体激光芯片性能评估方法，包括：

在待测芯片N面电极上设置窗口；

使待测芯片保持工作状态，待测芯片量子阱有源区产生自发辐射；

通过预先设置在所述自发辐射的辐射方向上的第一透镜使自发辐射成像于待测芯片外部；

在待测芯片外部通过光谱仪获取自发辐射的光谱，得到待测芯片在工作状态下的量子阱温度的二维分布；

在待测芯片外部通过CCD相机获取自发辐射成像的图像，得到待测芯片在工作状态下的量子阱内载流子的二维分布。

2.根据权利要求1所述的高功率半导体激光芯片性能评估方法，其特征在于，通过lift-off工艺在待测芯片N面电极上设置窗口。

3.根据权利要求1所述的高功率半导体激光芯片性能评估方法，其特征在于，

所述窗口的尺寸满足以下公式：

l≤0.01×L；

式中，l表示窗口在腔长方向的尺寸，L表示待测芯片的腔长。

4.根据权利要求1所述的高功率半导体激光芯片性能评估方法，其特征在于，

通过预先设置在所述自发辐射的辐射路径上的第一透镜使自发辐射成像于待测芯片外部包括：

所述第一透镜的出射方向上设置有分束镜，沿所述分束镜两个出射方向分别设置第二透镜和第三透镜，所述光谱仪的信号采集元件设置在所述第二透镜的出射方向上，所述CCD相机设置在所述第三透镜的出射方向上。

5.根据权利要求4所述的高功率半导体激光芯片性能评估方法，其特征在于，

在待测芯片外部通过光谱仪获取自发辐射的光谱，得到待测芯片在工作状态下的量子阱温度的二维分布包括：

保持待测芯片注入电流I不变，保持待测芯片温度T0不变，保持光谱仪的信号采集元件、CCD相机、第一透镜、分束镜、第二透镜和第三透镜的相对位置不变，保持第一透镜与待测芯片自发辐射出射面之间的垂直距离不变，改变第一透镜与待测芯片的相对位置，依次记录光谱仪数据，获得光谱峰值波长λ(T0)；

在满足预定的占空比与脉冲要求的条件下，改变待测芯片温度，使待测芯片温度分别为T1、T2、……、Tn-1和Tn，其中n为不小于2的自然数，T1、T2、……、Tn-1和Tn的数值各不相同，单位为℃，分别在T1、T2、……、Tn-1和Tn的温度条件下，保持光谱仪的信号采集元件、第一透镜、分束镜和第二透镜的相对位置不变，改变光谱仪的信号采集元件与待测芯片的水平距离，依次记录光谱仪数据，获得光谱峰值波长λ(T1)、λ(T2)、……、λ(Tn-1)和λ(Tn)；

根据最小二乘法线性回归，计算得到自发辐射光谱温度漂移系数δλ；

根据自发辐射光谱温度漂移系数δλ以及光谱峰值波长λ(T0)，得到在注入电流为I、温度为T0的情况下工作的待测芯片的量子阱温度的二维分布。

6.根据权利要求4所述的高功率半导体激光芯片性能评估方法，其特征在于，

在待测芯片外部通过CCD相机获取自发辐射成像的图像，得到待测芯片在工作状态下的量子阱内载流子的二维分布包括：

保持待测芯片注入电流I不变，保持待测芯片温度T0不变，保持光谱仪的信号采集元件、CCD相机、第一透镜、分束镜、第二透镜和第三透镜的相对位置不变，保持第一透镜与待测芯片自发辐射出射面之间的垂直距离不变，获取自发辐射成像的CCD图像；

获取CCD图像的灰度值，对灰度值进行平方根计算，得到在注入电流为I、温度为T0的情况下工作的待测芯片的量子阱内载流子的二维分布。

7.高功率半导体激光芯片结构优化方法，其特征在于，包括：

获取待测芯片的载流子分布和待测芯片的光场分布，记录当前待测芯片的N面电极的纵向分段数为W；

对待测芯片的光场分布进行归一化处理得到归一化光场强度，记为P(z)；

对待测芯片的载流子分布进行归一化处理得到归一化载流子强度，记为N(z)；

根据归一化载流子强度N(z)和归一化光场强度P(z)计算失配度δ，失配度δ的表达式如下：

式中，z表示归一化纵向位置，

根据当前失配度δ判断待测芯片是否需要优化，若待测芯片需要优化，则增加待测芯片的N面电极的分段数，使W=W+1，并改变N面电极各分段上的金线排布，使N面电极各分段上的金线数量与各分段上的归一化光场强度成正比；

重复执行上述步骤，直至根据失配度δ判断得到待测芯片无需优化，优化结束；

其中，获取待测芯片的载流子分布的方法为权利要求1-6任一所述的高功率半导体激光芯片性能评估方法。

8.根据权利要求7所述的高功率半导体激光芯片结构优化方法，其特征在于，根据当前失配度δ判断待测芯片是否需要优化包括：

计算下列公式的值：

其中，δ表示失配度，P(z)归一化光场强度P(z)；

判断计算得到的数值是否小于预定值，若计算得到的数值小于预定值，则待测芯片无需优化，若计算得到的数值不小于预定值，则待测芯片需要优化。

9.高功率半导体激光芯片性能评估系统，其特征在于，应用于权利要求1-6任一所述的高功率半导体激光芯片性能评估方法，包括：

恒温装置，所述恒温装置用于保持待测芯片的温度，使待测芯片能够在预定的温度下工作；

透镜装置，所述透镜装置包括第一透镜、分束镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜设置在所述待测芯片自发辐射的辐射路径上，所述第一透镜的出射方向上设置有分束镜，所述分束镜用于将所述第一透镜的出射光分成两束，所述第二透镜和所述第三透镜分别设置在所述分束镜的两个出射方向上；

光谱仪，所述光谱仪包括信号采集元件，所述光谱仪的信号采集元件设置在所述第二透镜的出射方向上；

CCD相机，所述CCD相机设置在所述第三透镜的出射方向上；

二维位移装置，所述透镜装置、光谱仪的信号采集元件和CCD相机均设置在所述二维位移装置上，所述二维位移装置能够带动所述透镜装置、光谱仪的信号采集元件和CCD相机移动，在不改变第一透镜与待测芯片自发辐射出射面的垂直距离的同时，改变第一透镜和待测芯片的相对位置。

10.根据权利要求9所述的高功率半导体激光芯片性能评估系统，其特征在于，所述第二透镜和所述第三透镜采用参数相同的透镜，所述光谱仪的信号采集元件与第二透镜之间的距离等于所述CCD相机与第三透镜之间的距离。