摘要：
mKh <M)Bz '-? t^@ 近十幾年來(lái)
半導(dǎo)體激光器發(fā)展迅速,已成為世界上發(fā)展最快的一門激光技術(shù)。由于半導(dǎo)體
激光器的一些特點(diǎn)，使得它目前在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛，受到世界各國(guó)的高度重視。本文簡(jiǎn)述了半導(dǎo)體激光器的概念及其工作原理和發(fā)展歷史,介紹了半導(dǎo)體激光器的重要特征,列出了半導(dǎo)體激光器當(dāng)前的各種應(yīng)用,對(duì)半導(dǎo)體激光器的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。
l}aJRG6U 關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體激光器、激光媒質(zhì)、載流子、單異質(zhì)結(jié)、pn結(jié)。
z"*$ . 0D =7Mef 自1962年世界上第一臺(tái)半導(dǎo)體激光器發(fā)明問(wèn)世以來(lái),半導(dǎo)體激光器發(fā)生了巨大的變化,極大地推動(dòng)了其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,被認(rèn)為是二十世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一。近十幾年來(lái),半導(dǎo)體激光器的發(fā)展更為迅速,已成為世界上發(fā)展最快的一門激光技術(shù)。半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍覆蓋了整個(gè)光電子學(xué)領(lǐng)域,已成為當(dāng)今光電子科學(xué)的核心技術(shù)。由于半導(dǎo)體激光器的體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸入能量低、壽命較長(zhǎng)、易于調(diào)制以及價(jià)格較低廉等優(yōu)點(diǎn),使得它目前在光電子領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛,已受到世界各國(guó)的高度重視。
OZc.Rtgc }2;{ }J 一、半導(dǎo)體激光器 >.}ewz&9o B*,Qw_3dG 半導(dǎo)體激光器是以直接帶隙半導(dǎo)體材料構(gòu)成的 Pn 結(jié)或 Pin 結(jié)為工作物質(zhì)的一種小型化激光器。半導(dǎo)體激光工作物質(zhì)有幾十種,目前已制成激光器的半導(dǎo)體材料有砷化鎵、砷化銦、銻化銦、硫化鎘、碲化鎘、硒化鉛、碲化鉛、鋁鎵砷、銦磷砷等。半導(dǎo)體激光器的激勵(lì)方式主要有三種,即電注入式 、光泵式和高能電子束激勵(lì)式。絕大多數(shù)半導(dǎo)體激光器的激勵(lì)方式是電注入,即給 Pn 結(jié)加正向電壓,以使在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射 ,也就是說(shuō)是個(gè)正向偏置的二極管 。因此半導(dǎo)體激光器又稱為半導(dǎo)體激光二極管。對(duì)半導(dǎo)體來(lái)說(shuō),由于電子是在各能帶之間進(jìn)行躍遷 ,而不是在分立的能級(jí)之間躍遷,所以躍遷能量不是個(gè)確定值, 這使得半導(dǎo)體激光器的輸出
波長(zhǎng)展布在一個(gè)很寬的范圍上。它們所發(fā)出的波長(zhǎng)在0.3～34μm之間。其波長(zhǎng)范圍決定于所用材料的能帶間隙 ,最常見(jiàn)的是AlGaAs雙異質(zhì)結(jié)激光器,其輸出波長(zhǎng)為750～890nm。
28jm *C l8 半導(dǎo)體激光器制作技術(shù)經(jīng)歷了由擴(kuò)散法到液相外延法(LPE), 氣相外延法(VPE),分子束外延法(MBE),MOCVD 方法(金屬有機(jī)化合物汽相淀積),化學(xué)束外延(CBE)以及它們的各種結(jié)合型等多種工藝。半導(dǎo)體激光器最大的缺點(diǎn)是:激光性能受溫度影響大,光束的發(fā)散角較大(一般在幾度到20度之間),所以在方向性、單色性和相干性等方面較差。但隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展, 半導(dǎo)體激光器的研究正向縱深方向推進(jìn) ,半導(dǎo)體激光器的性能在不斷地提高。以半導(dǎo)體激光器為核心的半導(dǎo)體光電子技術(shù)在 21 世紀(jì)的信息社會(huì)中將取得更大的進(jìn)展, 發(fā)揮更大的作用。
Fu/{*4 M%#H>X\/ 二、半導(dǎo)體激光器的工作原理 -y1t;yU.L rf:C B&u 半導(dǎo)體激光器是一種相干輻射
光源,要使它能產(chǎn)生激光,必須具備三個(gè)基本條件：
^;xO-;q !P"=57d}"l 1、增益條件:建立起激射媒質(zhì)(有源區(qū))內(nèi)載流子的反轉(zhuǎn)分布,在半導(dǎo)體中代表電子能量的是由一系列接近于連續(xù)的能級(jí)所組成的能帶 ,因此在半導(dǎo)體中要實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn),必須在兩個(gè)能帶區(qū)域之間 ,處在高能態(tài)導(dǎo)帶底的電子數(shù)比處在低能態(tài)價(jià)帶頂?shù)目昭〝?shù)大很多,這靠給同質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)加正向偏壓,向有源層內(nèi)注入必要的載流子來(lái)實(shí)現(xiàn), 將電子從能量較低的價(jià)帶激發(fā)到能量較高的導(dǎo)帶中去 。當(dāng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時(shí) ,便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。
+P//p$pE e|~s '{3 2、要實(shí)際獲得相干受激輻射 ,必須使受激輻射在
光學(xué)諧振腔內(nèi)得到多次反饋而形成激光振蕩,激光器的諧振腔是由半導(dǎo)體晶體的自然解理面作為反射鏡形成的,通常在不出光的那一端鍍上高反多層介質(zhì)膜,而出光面鍍上減反膜。對(duì)F—p 腔(法布里—珀羅腔)半導(dǎo)體激光器可以很方便地利用晶體的與 p-n結(jié)平面相垂直的自然解理面構(gòu)成F-p腔。
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