半导体激光器工作原理及基本结构ppt课件

1、半导体激光器任务原理及根本构造李璟半导体激光器任务原理及根本构造n任务原理n分类n资料及器件构造半导体激光器任务原理n半导体激光器n 是一种在电流注入下可以发出相关辐射光相位一样、波长根本一样、强度较大的光电子器件。 半导体激光器任务原理n任务三要素： n 受激光辐射、谐振腔、增益大于等于损耗。自发光辐射和受激光辐射自发光辐射和受激光辐射n自发光辐射发光二极管n 当给器件加正向偏压时，n区向p区注入电子，p区向n区注入空穴，在激活区电子和空穴自发地复合构成电子-空穴对，将多余的能量以光子的方式释放出来，所发射的光子相位和方向各不一样，这种辐射叫做自发辐射。n受激光辐射半导体激光器n 在资料设计

2、时，思索将p区和n区重掺杂等工艺，使得辐射光严厉在pn结平面内传播，单色性较好，强度也较大，这种光辐射叫做受激光辐射。法布里-珀罗谐振腔 (构成相关光)n垂直于结面的两个平行的晶体解理面构成法布里-珀罗谐振腔 ，两个解理面是谐振腔的反射镜面。在两个端面上分别镀上高反膜和增透膜,可以提高激射效率.n一定波长的受激光辐射在谐振腔内构成振荡的条件: n 腔长=半波长的整数倍n L=m(/2n)增益和阈值电流n增益：在注入电流的作用下，激活区受激辐射不断加强。n损耗：受激辐射在谐振腔中来回反射时的能量损耗。包括载流子吸收、缺陷散射及端面透射损耗等。n阈值电流：增益等于损耗时的注入电流。半导体激光器的分

3、类资料和波长n可见光： GaAs衬底 n InGaN/ GaAs 480490nm 蓝绿光n InGaAlP/GaAs 630680nmn AlGaAs/GaAs 720760nmn近红外长波长： GaAs衬底 AlGaAs/GaAs 760900nm InGaAs/GaAs 980nmn远红外长波长： InP衬底 n InGaAsP/InP 1.3um 1.48um 1.55um半导体激光器资料和器件构造n808大功率激光器构造半导体激光器资料生长采用采用MOCVD方法制备外延层，外延层包括缓冲层、限制方法制备外延层，外延层包括缓冲层、限制层、有源层、顶层、帽层。有源层包括上下波导层和层、有

4、源层、顶层、帽层。有源层包括上下波导层和量子阱。量子阱。有源层的带隙比有源层的带隙比P型和型和N型限制层的小，折射率比它们大，型限制层的小，折射率比它们大，因此由因此由P面和面和N面注入的空穴和电子会限制在有源区中，面注入的空穴和电子会限制在有源区中，它们复合产生的光波又能有效地限制在波导层中。大它们复合产生的光波又能有效地限制在波导层中。大大提高了辐射效率。大提高了辐射效率。最上面的一层资料帽层采用高掺杂，载流子浓度高，最上面的一层资料帽层采用高掺杂，载流子浓度高，目的是为了与目的是为了与P面金属电极构成更好的欧姆接触，降低面金属电极构成更好的欧姆接触，降低欧姆接触电阻。欧姆接触电阻。半导体

5、激光器器件制备大片工艺包括：资料顶层光刻腐蚀出条形、氧化层制备光刻、大片工艺包括：资料顶层光刻腐蚀出条形、氧化层制备光刻、P面和面和N面电极制备、衬底减薄。面电极制备、衬底减薄。条形构造：在平行于结平面方向上也希望同垂直方向一样对载流子条形构造：在平行于结平面方向上也希望同垂直方向一样对载流子和光波进展限制，因此引进了条形构造。和光波进展限制，因此引进了条形构造。条形构造的优点：条形构造的优点： 1. 使注入电流限制在条形有源区内，限制载流子的侧向分散，使注入电流限制在条形有源区内，限制载流子的侧向分散， 使使 阈值电流降低；阈值电流降低； 2. 有源区任务时产生的热量能经过周围四个方向的无源

6、区传送而有源区任务时产生的热量能经过周围四个方向的无源区传送而逸散，提高器件的散热性能；逸散，提高器件的散热性能； 3. 有源区尺寸减小了，提高资料均匀的能够性；有源区尺寸减小了，提高资料均匀的能够性； 4. 器件的可靠性提高、效率提高、远场特性改善。器件的可靠性提高、效率提高、远场特性改善。 条形构造类型 从对平行于结平面方向的载流子和光波限制情况可分为增益波导条形激光器(普通条形)和折射率波导条形激光器(掩埋条形、脊形波导)。增益波导条形激光器 (普通条形)n特点：只对注入电流的侧向扩展和注入载流子的侧向特点：只对注入电流的侧向扩展和注入载流子的侧向分散有限制造用，对光波侧向浸透没有限制造

7、用。分散有限制造用，对光波侧向浸透没有限制造用。n我们的我们的808大功率激光器属于这种构造：把大功率激光器属于这种构造：把p+重掺杂重掺杂层光刻成条形，限制电流从条形部分流入。但是在有层光刻成条形，限制电流从条形部分流入。但是在有源区的侧向仍是一样的资料，折射率是一样的，对光源区的侧向仍是一样的资料，折射率是一样的，对光场的侧向浸透没有限制造用，呵斥远场双峰或多峰、场的侧向浸透没有限制造用，呵斥远场双峰或多峰、光斑不均匀，同时阈值高、光谱宽、多纵摸任务，有光斑不均匀，同时阈值高、光谱宽、多纵摸任务，有时会出现扭折问题。时会出现扭折问题。折射率波导条形激光器掩埋条形n特点：不仅对注入电流的侧向扩展和注入载流子的侧向分散有限制造用，而且对光波侧向浸透也有限制造用。nInP衬底的1310nm 、1480nm激光器属于这种构造，需求三次外延生长。此构造的优点：条形有源区的侧向对载流子和光场都有限制，辐射光丝稳定，可以单膜任务，远场单峰、光斑均匀，光谱窄、阈值低、可靠性高。弱折射率波导条形激光器脊形波导特点：在侧向对光波的有一定限制造用，在条形有源区上方腐蚀出特点：在侧向对光波的有一定限制造用，在条形有源区上方腐蚀出一个脊宽度大约一个脊宽度大