半导体激光器-上海交通大学电工电子实验教学中心首页

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1、半导体激光器半导体激光器本来对于我来说可能是非常陌生的一个字眼，但是为了这篇论文，也算是一种被迫式学习吧，对半导体激光器有了一点小小的了解。如今激光器已经有了广泛的使用，他们在激光通信、光学存储、材料加工、激光医学、图像记录、打印和印刷、检测、传感等领域发挥独特作用，对人类生活产生了不可估量的影响。而激光器又以半导体激光器为主，主要应用于自动防撞系统，光存储，光通信，条码扫描方面，另外，即将在包括航空、军事、区域网、计算机应用等方面拓展。航空和军事又包括商用导航、军事演习系统、测距仪、卫星和激光冷却等。区域网包

2、括计算机区域互连网。现以砷化镓（GaAs）激光器为例，介绍注入式同质结激光器的工作原理。1．注入式同质结激光器的振荡原理。由于半导体材料本身具有特殊晶体结构和电子结构，故形成激光的机理有其特殊性。（1）半导体的能带结构。半导体材料多是晶体结构。当大量原子规则而紧密地结合成晶体时，晶体中那些价电子都处在晶体能带上。价电子所处的能带称价带（对应较低能量）。与价带最近的高能带称导带，能带之间的空域称为禁带。当加外电场时，价带中电子跃迁到导带中去，在导带中可以自由运动而起导电作用。同时，价带中失掉一个电子，则相当于出现

3、一个带正电的空穴，这种空穴在外电场的作用下，也能起导电作用。因此，价带中空穴和导带中的电子都有导电作用，统称为载流子。（2）掺杂半导体与p-n结。没有杂质的纯净半导体，称为本征半导体。如果在本征半导体中掺入杂质原子，则在导带之下和价带之上形成了杂质能级，分别称为施主能级和受主能级。有施主能级的半导体称为n型半导体；有受主能级的半导体称这p型半导体。在常温下，热能使n型半导体的大部分施主原子被离化，其中电子被激发到导带上，成为自由电子。而p型半导体的大部分受主原子则俘获了价带中的电子，在价带中形成空穴。因此，n型

4、半导体主要由导带中的电子导电；p型半导体主要由价带中的空穴导电。半导体激光器中所用半导体材料，掺杂浓度较大，n型杂质原子数一般为（2－5）×1018cm-1；p型为（1－3）×1019cm-1。在一块半导体材料中，从p型区到n型区突然变化的区域称为p-n结。其交界面处将形成一空间电荷区。n型半导体带中电子要向p区扩散，而p型半导体价带中的空穴要向n区扩散。这样一来，结构附近的n型区由于是施主而带正电，结区附近的p型区由于是受主而带负电。在交界面处形成一个由n区指向p区的电场，称为自建电场。此电场会阻止电子和空穴

5、的继续扩散。（3）p-n结电注入激发机理。若在形成了p-n结的半导体材料上加上正向偏压，p区接正极，n区接负极。显然，正向电压的电场与p-n结的自建电场方向相反，它削弱了自建电场对晶体中电子扩散运动的阻碍作用，使n区中的自由电子在正向电压的作用下，又源源不断地通过p-n结向p区扩散，在结区内同时存在着大量导带中的电子和价带中的空穴时，它们将在注入区产生复合，当导带中的电子跃迁到价带时，多余的能量就以光的形式发射出来。这就是半导体场致发光的机理，这种自发复合的发光称为自发辐射。要使p-n结产生激光，必须在结构内形

6、成粒子反转分布状态，需使用重掺杂的半导体材料，要求注入p-n结的电流足够大（如30000A/cm2）。这样在p-n结的局部区域内，就能形成导带中的电子多于价带中空穴数的反转分布状态，从而产生受激复合辐射而发出激光。2．半导体激光器结构。其外形及大小与小功率半导体三极管差不多，仅在外壳上多一个激光输出窗口。夹着结区的p区与n区做成层状，结区厚为几十微米，面积约小于1mm2。半导体激光器的光学谐振腔是利用与p-n结平面相垂直的自然解理面（110面）构成，它有35的反射率，已足以引起激光振荡。若需增加反射率可在晶面上

7、镀一层二氧化硅，再镀一层金属银膜，可获得95％以上的反射率。　　一旦半导体激光器上加上正向偏压时，在结区就发生粒子数反转而进行复合。在理性了解本质的时候也要感性认识一下，直观的看2个半导体激光器7401型高功率红光半导体激光器系统高功率940/808nm半导体激光器DiodeStar最后，谈几句本学期上课的感受。电工课应该是除了体育课以外出勤率最高的课程（体育老师很凶，不敢翘），除开这门课本身比较重要以外的原因，就是比较喜欢老师的风格——上课风格以及个人风格。从第一节课的起立，擦黑板问题，到后来谈及老师自己对大

8、学学习一点看法，相信对每个同学都有或多或少的影响，至少我是很有感触，尤其是老师对学生会的看法，简直是我的亲身经历，很有共鸣！这些应该都是作为一个学长，一个朋友所传授我们的一些经验，比课本知识更受用。上课的氛围也很轻松愉快，教学互动，没有什么压力，这个是我心目中的大学课堂，也是我愿意多多出勤的原因。当然，偶尔上课还是会偷懒抄作业，但不管怎么说，真的蛮喜欢这个课的，不说内容，就是上课的那种