半导体激光器简介解析

1、半导体激光器简介解析1半导体根底知识2 半导体激光器的构造典型半导体激光器构造图GaAsP-GaAsn-GaAs激光1. 半导体的根底知识定义：在绝对零度时无任何导电才能，但其导电性随温度升高呈现总体上升趋势，且对光照等外部条件和材料的纯度与构造完好性是否有缺陷等内部条件非常敏感的物质。1 当受外界热和光的作用时，它的导电才能明显变化。2 往纯洁的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电才能明显改变。3缺陷在半导体中往往会改变晶体的共价键环境，改变其导电才能1.1 能带理论：对导体，半导体，绝缘体本质上科学区分的理论电阻率： 10e9晶体中的电子作共有化运动，所以电子不再属于某一个原子，而是属于整个

2、晶体共有晶体中原子间互相作用，导致能级分裂，由于原子数目宏大，所以分裂的能级非常密集，认为是准连续的，即形成能带电子总是先填充低能级，0K时，价带中填满了电子，而导带中没有电子禁带：在绝对零度时，半导体中的能带以一条特征能隙分界，其下的能带全部被电子占满，其上的能带全部空着，这条能隙就是禁带价带：紧邻其下的满电子因其中的电子全是价电子，称为价带导带：紧邻其上的空带因为在在非零温度下出现少量与金属中的自由电子相似的、可参与导电的电子，称为导带。满带电子不导电只有未被电子填满的能带中的电子才能参与导电，尽管绝对零度时的半导体和绝缘体中都存在为数众多的电子，但因其皆处于满带之中，因此对材料的电导率还

3、没有奉献。金属良导体在T=0K时，其全部价电子只能填满能带的下半部，上半部空着，上下之间没有能量间隙，电子容易跃迁，易导电。而半导体和绝缘体相似，空带间隔 能带之间有一定禁带，需要外界作用才能导电，因此不易导电。1.2 本征半导体和掺杂半导体本征半导体：在热力学温度T=0K和没有外界影响的条件下，半导体的价电子均束缚在共价键中，不存在自由运动的电子。但当温度升高或受到光线照射时，某些共价键中的价电子从外界获得足够的能量，从而挣脱共价键的束缚，分开原子而成为自由电子，同时，在共价键中留下了一样数量的空位，这种现象称为本征激发。其中自由电子和空位称为载流子，半导体是依靠自由电子和空穴两种载流子导电

4、的物质，把主要依靠本征激发获得载流子的半导体称为本征半导体。 导带电子和价带空穴相等是本征半导体的主要特点+4+4+4+4本征半导体的导电机理自由电子空穴束缚电子掺杂半导体N型半导体：往Si中掺入五价元素的杂质 五价元素称为施主杂质P型半导体：掺入三价元素的杂质 三价元素称为受主杂质 要在半导体中实现分布反转，必须使其导带保持高密度的电子，价带保持高密度的空穴，这种反常分布需要由外界输入能量来维持，靠外力将电子不断激发并维持在高能级上的过程被称为“泵浦。 半导体激光器一般采用pn结正向注入的方式“泵浦电子1.3 PN结的形成 两种载流子：电子 空穴两种运动：扩散运动由载流子浓度差引起的运动 漂

5、移运动在电场作用下的载流子定向运动 扩散运动 浓度差异引起多子的扩散 扩散过程中电子和空穴不断复合N区电子P区空穴空间电荷区 E内 随着扩散的进展， 空间电荷区展宽，电场加强 U 0E 内J扩散N区P区漂移运动 内建电场E的出现阻碍了多子的运动，但促 进了少子的漂移运动 ，使内建电场变窄，电场减弱 空间电荷区E 内U 0N区空穴P区电子 J 漂移N区电子P区空穴 J 扩散NE 内E 内当多子扩散和少子的漂移到达动态平衡，J 漂移J 扩散PPN结1.4 PN结的单向导电性空间电荷区U 0E 内无外加电压时空间电荷区E 内U 0 UE 内11). 外加正向电压空间电荷区E 内U 0 +UE 内22

6、). 外加反向电压+-+1.5 半导体器的3个必要条件驱动电源工作物质谐振腔注入式光子鼓励电子束鼓励PN结同质结异质结单异质结双异质结DH解理面布拉格反响分布反响式DFB分布布拉格反射式DBR2 半导体激光器的构造可见光： GaAs衬底 InGaN/ GaAs 480490nm 蓝绿光 InGaAlP/GaAs 630680nm AlGaAs/GaAs 720760nm近红外长波长： GaAs衬底 AlGaAs/GaAs 760900nm InGaAs/GaAs 980nm InP衬底 最简单的半导体激光器由一个薄有源层厚度约、P型和N型限制层构成，如以以下图所示。解理面金属接触电流有源层P型N型300m100m200m大面积半导体激光器1、同质结PN结半导体激光器 PN能带正向电压V时形成的双简并能带结构PN结LD的特点：阈值电流高，常温下不能连续工作所加的正向偏压必须满足1、同质结半导体