半导体激光器

半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn结或Pin结为工作物质的小型化激光器。半导体激光加工材料有几十种。已制成激光器的半导体材料有砷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化镉、碲化镉、硒化铅、碲化铅、砷化铝镓、铟磷、砷等。半导体的激发方式主要有三种激光器，即电注入型、光泵型和高能电子束激发型。大多数半导体激光器的激发方式是电注入，即在Pn结上施加正向电压，在结面区域产生受激发射，即正向偏置二极管。因此，半导体激光器也被称为半导体激光二极管。对于半导体来说，由于电子在能带之间跃迁，而不是在离散的能级之间跃迁，跃迁能量不是一个确定的值，这使得半导体激光器的输出波长分布范围很广。范围内。它们发出的波长在 0.3 到 34 μm 之间。波长范围由所用材料的能带隙决定。最常见的是AlGaAs双异质结激光器，其输出波长为750-890 nm。

半导体激光制造技术经历了从扩散法到液相外延（LPE）、气相外延（VPE）、分子束外延（MBE）、MOCVD法（金属有机化合物气相沉积）、化学束外延（CBE）以及它们的各种组合。半导体激光器最大的缺点是激光器性能受温度影响较大，光束发散角大（一般在几度到20度之间），因此方向性、单色性和相干性较差。然而，随着科学技术的飞速发展，半导体激光器的研究正向深度方向推进，半导体激光器的性能也在不断提高。以半导体激光器为核心的半导体光电子技术将在21世纪的信息社会中取得更大的进步，发挥更大的作用。

半导体激光器如何工作？

半导体激光器是相干辐射源。要使其产生激光，必须满足三个基本条件：

1.增益条件：激光介质（有源区）中载流子的反转分布成立。在半导体中，代表电子能量的能带是由一系列接近连续的能级组成的。因此，在半导体中，为了实现粒子数反转，高能态导带底的电子数必须远大于低能态价带顶的空穴数。两个能带区域之间的状态。异质结被正向偏置以将必要的载流子注入有源层中以将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带。当处于总体反转状态的大量电子与空穴复合时，就会发生受激发射。

2、要真正获得相干受激辐射，受激辐射必须在光谐振腔中多次反馈，形成激光振荡。激光谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为镜面形成的，通常在不发光的一端镀上一层高反射率的多层介质膜，出光面镀上一层抗反射膜。对于 F-p 腔（法布里-珀罗腔）半导体激光器，利用晶体的自然解理面垂直于 p-n 结面可以很容易地形成 F-p 腔。

3、为了形成稳定的振荡，激光介质必须能够提供足够大的增益来补偿谐振腔造成的光损耗和激光从腔面输出的损耗等，并且持续增加腔内的光场。这需要足够强的电流注入，即有足够的种群反转，种群反转程度越高，获得的增益越大，即必须满足一定的电流阈值条件。当激光达到阈值时，特定波长的光可以在腔内谐振并被放大，最终形成激光并连续输出。可见，在半导体激光器中，电子和空穴的偶极跃迁是光发射和光放大的基本过程。对于新型半导体激光器，目前公认量子阱是基础