阅读 | 订阅
阅读 | 订阅
半导体激光器

质结和异质结半导体激光器

激光制造商情 来源:百度文库2011-12-29 我要评论(0 )   

1. 同质结砷化镓 (GaAs) 激光器的特性 ( 1 )伏安特性 GaAs 激光器的伏安特性与二极管相同,也具有单向导电性 ,如图( 1 )所 示。激光器系正向使用,其电阻主要取决...

 

1. 同质结砷化镓(GaAs)激光器的特性

1)伏安特性

GaAs 激光器的伏安特性与二极管相同,也具有单向导电性,如图(1)所示。激光器系正向使用,其电阻主要取决于晶体体电阻和接触电阻,其阻值虽然不大,但因工作电流密度大,不能忽视它的影响。

2)阈值电流密度

影响阈值的因素有:①晶体的掺杂浓度越大,阈值越小;②谐振腔的损耗越小,阈值越小;在一定范围内,腔长越长,阈值越低;④温度对阈值电流的影响很大,半导体激光器宜在低温或室温下工作。同质结半导体激光器的阈值电流密度很高.达(3×104~5×104)A/cm2。这样高的电流密度,将使器件发热。故同质结半导体激光器在室温下只能低重复率(KHz一几十KHz)下脉冲工作。


图(1 GaAs激光器的伏安特性 图(2) 激光束的空间分布

3)方向性

由于半导体激光器的谐振腔短小,激光方向性较差,特别是在结的垂直平面内,发散角很大,可达20°~30°。在结的水平面内,发散角约为几度。图(2给出了半导体激光束的空间分布示意图。

4)光谱特性

图(3)是GaAs激光器的发射光谱。其中图(a)是低于阈值时的荧光光谱,谱宽一般为几百埃,图#p#分页标题#e#(b)是注入电流达到或大于阈值时的激光光谱,谱宽达几十埃。半导体激光的谱宽尽管比荧光窄得多,但比气体和固体激光器要宽得多。随着新器件的出现,谱宽已有所改善,如分布反馈式激光器的线宽,只有1埃左右。


  

图(3 GaAs激光器的发射光谱 (a) 低于阈值 (b) 高于阈值

   5)转换效率

注入式半导体激光器是一种把电功率直接转换为光功率的器件,转换效率极高。转换效率通常用量子效率和功率效率量度。

外微分量子效率

外微分量子效率定义为

   1

式中,P是输出功率,Pth是阈值发射光功率,hv为发射光子能量,i是正向电流,ith是正向阈值电流,e为电子电量。由于P#p#分页标题#e#Pth大得多,所以上式可改写为

 

2

式中V是正向偏压。由该式可见,ηD实际上对应于输出功率与正向电流的关系曲线中阈值以上的线性范围内的斜率。

功率效率

功率效率ηP定义为激光器的输出功率与输入电功率之比,即

3

式中,Vp-n结上的电压降,RS是激光器串联电阻(包括材料电阻和接触电阻)。由于激光器的工作电流较大,电阻功耗很大,所以在室温下的功率效率只有百分之几。

2.异质结半导体激光器

由不同材料的p型半导体和n型半导体构成的p-n结叫异质结。为了克服同质结半导体激光器的缺点,提高功率和效率,降低阈值电流,研制出了异质结半导体激光器。

(1)单异质结半导体激光器

单异质结器件结构如图(4(b)所示,单异质结是由p-GaAsp-GaAlAs形成的。电子由n区注入p-GaAs,由于异质结高势垒的限制,激活区厚度d»2#p#分页标题#e#m,同时,因p-GaAlAs折射率小,“光波导效应”显著,将光波传输限制在激活区内。这两个因素使得单异质结激光器的阈值电流密度降低了1~2个数量级,约8000A/cm2

(2)双异质结半导体激光器

双异质结半导体激光器指的是在激活区两侧,有两个异质结,如图(4(c)所示。

图(4) 同质结、异质结示意图

双异质结激光器激活区内注入的电子和空穴,由于两侧高势垒的限制,深度剧增,激活区厚度变窄,d»0.5m。同时,由于激活区两侧折射率差都很大,“光波导效应”非常显著,使光波传输损耗大大减小。所以,双异质结激光器的阈值电流密度更低,可降到102~103A/cm2。室温下可获得几毫瓦至几十毫瓦的连续功率输出。

 

转载请注明出处。

暂无关键词

1.本站遵循行业规范,任何转载的稿件都会明确标注作者和来源;2.本站的原创文章,请转载时务必注明文章作者和来源,不尊重原创的行为我们将追究责任;3.作者投稿可能会经我们编辑修改或补充。

网友点评
0相关评论
精彩导读