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半導(dǎo)體激光器
吳建明 2009/1/20
（接上頁）光器而言，人們目前公認量子阱是半導(dǎo)體激光器發(fā)展的根本動力.量子線和量子點能否充分利用量子效應(yīng)的課題已延至本世紀，科學家們已嘗試用自組織結(jié)構(gòu)在各種材料中制作量子點，而GaInN量子點已用于半導(dǎo)體激光器.另外，科學家也已經(jīng)做出了另一類受激輻射過程的量子級聯(lián)激光器，這種受激輻射基于從半導(dǎo)體導(dǎo)帶的一個次能級到同一能帶更低一級狀態(tài)的躍遷，由于只有導(dǎo)帶中的電子參與這種過程，因此它是單極性器件.
3半導(dǎo)體激光器的發(fā)展歷史
20世紀60年代初期的半導(dǎo)體激光器是同質(zhì)結(jié)型激光器，它是在一種材料上制作的pn結(jié)二極管在正向大電流注人下，電子不斷地向p區(qū)注人，空穴不斷地向n區(qū)注入.于是，在原來的pn結(jié)耗盡區(qū)內(nèi)實現(xiàn)了載流子分布的反轉(zhuǎn)，由于電子的遷移速度比空穴的遷移速度快，在有源區(qū)發(fā)生輻射、復(fù)合，發(fā)射出熒光，在一定的條件下發(fā)生激光，這是一種只能以脈沖形式工作的半導(dǎo)體激光器.
半導(dǎo)體激光器發(fā)展的第二階段是異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器，它是由兩種不同帶隙的半導(dǎo)體材料薄層，如G&As,GaAlAs所組成，最先出現(xiàn)的是單異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器(1969年).單異質(zhì)結(jié)注人型激光器(SHLD)是利用異質(zhì)結(jié)提供的勢壘把注入電子限制在GaAsP一N結(jié)的P區(qū)之內(nèi)，以此來降低閥值電流密度，其數(shù)值比同質(zhì)結(jié)激光器降低了一個數(shù)量級，但單異質(zhì)結(jié)激光器仍不能在室溫下連續(xù)工作.
1970年，實現(xiàn)了激光波長為9000A.室溫連續(xù)工作的雙異質(zhì)結(jié)GaA(砷化稼一稼鋁砷)激光器.雙異質(zhì)結(jié)激光器(DHL)的誕生使可用波段不斷拓寬，線寬和調(diào)諧性能逐步提高，其結(jié)構(gòu)的特點是在P型和n型材料之間生長了僅有0.2Eam厚的，不摻雜的，具有較窄能隙材料的一個薄層，因此注人的載流子被限制在該區(qū)域內(nèi)(有源區(qū))，因而注人較少的電流就可以實現(xiàn)載流子數(shù)的反轉(zhuǎn).在半導(dǎo)體激光器件中，目前比較成熟、性能較好、應(yīng)用較廣的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注人式G&A。二極管激光器.
隨著異質(zhì)結(jié)激光器的研究發(fā)展，人們想到如果將超薄膜(﹤20nm)的半導(dǎo)體層作為激光器的激括層，以致于能夠產(chǎn)生量子效應(yīng)，結(jié)果會是怎么樣?再加之由于MBE,MOCVD技術(shù)的成就，于是，在1978年出現(xiàn)了世界上第一只半導(dǎo)體量子阱激光器(QWL)，它大幅度地提高了半導(dǎo)體激光器的各種性能.后來，又由于MOCVD,MBE生長技術(shù)的成熟，能生長出高質(zhì)量超精細薄層材料，之后，便成功地研制出了性能更加良好的量子阱激光器，量子阱半導(dǎo)體激光器與雙異質(zhì)結(jié)(DH)激光器相比，具有闌值電流低、輸出功率高，頻率響應(yīng)好，光譜線窄和溫度穩(wěn)定性好和較高的電光轉(zhuǎn)換效率等許多優(yōu)點.
QWL在結(jié)構(gòu)上的特點是它的有源區(qū)是由多個或單個阱寬約為100人的勢阱所組成，由于勢阱寬度小于材料中電子的德布羅意波的波長，產(chǎn)生了量子效應(yīng)，連續(xù)的能帶分裂為子能級.因此，特別有利于載流子的有效填充，所需要的激射閱值電流特別低.半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的主要是單、多量子阱，單量子阱(SQW)激光器的結(jié)構(gòu)基本上就是把普通雙異質(zhì)結(jié)(DH)激光器的有源層厚度做成數(shù)十nm以下的一種激光器，通常把勢壘較厚以致于相鄰勢阱中電子波函數(shù)不發(fā)生交迭的周期結(jié)構(gòu)稱為多量子阱(MQW).量子阱激光器單個輸出功率現(xiàn)已大于1w，承受的功率密度已達lOMW/cm3以上而為了得到更大的輸出功率，通�？梢园言S多單個半導(dǎo)體激光器組合在一起形成半導(dǎo)體激光器列陣。
因此，量子阱激光器當采用陣列式集成結(jié)構(gòu)時，輸出功率則可達到l00w以上.近年來，高功率半導(dǎo)體激光器(特別是陣列器件)飛速發(fā)展，已經(jīng)推出的產(chǎn)品有連續(xù)輸出功率5W,10W,20W和30W的激光器陣列.脈沖工作的半導(dǎo)體激光器峰值輸出功率50w，120W和1500W的陣列也已經(jīng)商品化.一個4.5cm×9cm的二維陣列，其峰值輸出功率已經(jīng)超過45BW.峰值輸出功率為350KW的二維陣列也已間世，從20世紀70年代末開始，半導(dǎo)體激光器明顯向著兩個方向發(fā)展，一類是以傳遞信息為目的的信息型激光器.另一類是以提高光功率為目的的功率型激光器.在泵浦固體激光器等應(yīng)用的推動下，高功率半導(dǎo)體激光器(連續(xù)輸出功率在100以上，脈沖輸出功率在5W以上，均可稱之謂高功率半導(dǎo)體激光器)在20世紀90年代取得了突破性進展，其標志是半導(dǎo)體激光器的輸出功率顯著增加，國外千瓦級的高功率半導(dǎo)體激光器已經(jīng)商品化，國內(nèi)樣品器件輸出已達到600W[61.如果從激光波段的被擴展的角度來看，先是紅外半導(dǎo)體激光器，接著是670nm紅光半導(dǎo)體激光器大量進人應(yīng)用，接著，波長為650nm,635nm的問世，藍綠光、藍光半導(dǎo)體激光器也相繼研制成功，l0mw量級的紫光乃至紫外光半導(dǎo)體激光器，也在加緊研制中為適應(yīng)各種應(yīng)用而發(fā)展起來的半導(dǎo)體激光器還有可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，電子束激勵半導(dǎo)（未完，下一頁）
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