PPT《第三章 半导体激光器件》

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;

温度对阈值电流的影响很大,因此,半导体激光器宜在低温或室温下工作. 3.2.2 半导体激光器的特性

三、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200 C 300,在结的水平面内,发散角约为几度. l-结水平方向的尺寸 d-有源区的厚度 3.2.2 半导体激光器的特性

四、光谱特性 荧光谱 激光谱 几十nm 几nm 3.2.2 半导体激光器的特性

五、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. 1.量子效率 通常P>

>

Pth 实际上量子效率对应于输出功率于正向电流关系曲线中阈值以上线性范围内的斜率. 3.2.2 半导体激光器的特性

五、转换效率 2.功率效率 V是PN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.

第三节 典型的半导体激光器 同质结激光器异质结激光器分布反馈(DFB)激光器垂直腔面发射半导体激光器 3.3.1 同结半导体激光器 p型半导体和n型半导体材料都是GaAs,所形成的p-n结叫同质结(HOS) 加上正向偏压时,电子向p-n结注入,并在偏向p区一侧的激活区内复合辐射;

当正向偏压较大时,考虑到空穴注入,激活区变宽. 激活区的折射率略高于p区和n区, 光波导效应 不明显,光波在激活区内传播时,有严重的衍射损失. 同质结半导体激光器的阐值电流密度很高,达3x104~5 ?104 A/cm2,这样高的电流密度,将使器件发热. 3.3.1 同结半导体激光器 同质结半导体激光器难于在室温下连续工作,而只能低重复率(几kHz~几十kHz)脉冲工作. 3.3.2 异质结半导体激光器

一、单异质结半导体激光器(SHL) 单异质结是由p-GaAs与p-GaAlAs形成的. 施加正向偏压时,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? m;

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.阈值电流密度降低了1~2个数量级,约8000A/cm2. 窄带隙有源材料被夹在宽带隙的材料之间形成 3.3.2 异质结半导体激光器

一、双异质结半导体激光器(DHL) 施加正向偏压时, 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=0.5?m. 由于激活区两侧折射率差都很大, 光波导效应作非常显著,使光波传输损耗大大减小.阈值电流密度更低,可降到(102一103) A/cm2.当采用GaAs和GaAlAs量子阱材料制作激光器时,阈值电流密度下降到几A/cm2.目前,这种激光器已成为极为重要的、实用化的相干光源. 3.3.3 分布反馈(DFB)激光器 动态单纵模激光器:在高速调制下仍能单纵模工作的半导体激光器. 分布反馈半导体激光器:在异质结激光器具有光放大作用的有源层附近,刻上波纹状的周期光栅构成的. 3.3.4 垂直腔表面发射半导体激光器 垂直腔表面发射半导体激光器--能够在同一块板上集成一百万只小激光器,其激发电流仅1mA. 重要特性之一是从垂直于半导体薄片的方向发射激光,这样就使激光束的截面成为圆形,并使激光束的发散角减小了,从而克服了原来从半导体侧面发射激光的缺点. 表面发射半导体激光器 3.3.4 垂直腔表面发射半导体激光器 边缘发射半导体激光器阵的差别:制造方法、临界大小以及光束发射方向和形状.用集成电路技术,每一个表面发射半导体激光器可以做得很小,最小可到1?m,而每一个边缘发射半导体激光器最小也有50?m. 边缘发射半导体激光器 表面发射半导体激光器 ........