半导体激光器的结构和工作原理分析“奥门新浦京网999”

半导体激光器的结构和工作原理分析现以砷化镓（GaAs）激光器为事例，讲解注入式同质结激光器的工作原理。1．注入式同质结激光器的波动原理。由于半导体材料本身具备类似晶体结构和电子结构，故构成激光的机理有其特殊性。

（1）半导体的能带结构。半导体材料多是晶体结构。当大量原子规则而密切地融合成晶体时，晶体中那些价电子都处在晶体能拿着。

价电子所处的能带称之为价带（对应较低能量）。与价带最近的高能带称之为导带，能带之间的空域称作禁带。当加外电场时，价带中电子光子到导带中去，在导带中可以权利运动而起导电起到。

同时，价带中丢掉一个电子，则相等于经常出现一个带上正电的空穴，这种空穴独自电场的起到下，也能起导电起到。因此，价带中空穴和导带中的电子都有导电起到，总称为载流子。（2）掺入半导体与p－n结。

没杂质的洁净半导体，称作本征半导体。如果在本征半导体中含有杂质原子，则在导带之下和价带之上构成了杂质能级，分别称作供养能级和受主能级。有供养能级的半导体称作n型半导体；有受主能级的半导体称之为这p型半导体。

在常温下，热能使n型半导体的大部分供养原子被离化，其中电子被唤起到导带上，沦为自由电子。而p型半导体的大部分受主原子则俘虏了价带中的电子，在价带中构成空穴。因此，n型半导体主要由导带中的电子导电；p型半导体主要由价带中的空穴导电。

半导体激光器中所用半导体材料，掺入浓度较小，n型杂质原子数一般为（2－5）×1018cm－1；p型为（1－3）×1019cm－1。在一块半导体材料中，从p型区到n型区忽然变化的区域称作p－n结。其交界面处将构成一空间电荷区。

n型半导体带上中电子要向p区蔓延，而p型半导体价带中的空穴要向n区蔓延。这样一来，结构附近的n型区由于是供养而带上正电，结区附近的p型区由于是受主而带上负电。在交界面处构成一个由n区指向p区的电场，称作自辟电场。

此电场不会制止电子和空穴的之后蔓延。（3）p－n结电流经唤起机理。

若在构成了p－n拢的半导体材料上再加相反偏压，p区相接负极，n区相接负极。似乎，相反电压的电场与p－n拢的原为电场方向忽略，它巩固了原为电场对晶体中电子蔓延运动的妨碍起到，使n区中的自由电子在相反电压的起到下，又源源不断地通过p－n结向p区蔓延，在结区内同时不存在着大量导带中的电子和价带中的空穴时，它们将在流经区产生填充，当导带中的电子光子到价带时，多余的能量就以光的形式升空出来。这就是半导体场致闪烁的机理，这种自发性填充的闪烁称作自发辐射。

要使p－n结产生激光，必需在结构内构成粒子翻转产于状态，须要用于轻掺入的半导体材料，拒绝流经p－n拢的电流充足大（如30000A／cm2）。这样在p－n拢的局部区域内，就能构成导带中的电子少于价带中空穴数的翻转产于状态，从而产生受激填充电磁辐射而收到激光。2．半导体激光器结构。其外形及大小与小功率半导体三极管差不多，仅有在外壳上多一个激光输入窗口。

垫着结区的p区与n区制成层状，结区薄为几十微米，面积大约大于1mm2。半导体激光器的光学谐振腔是利用与p－n结平面互为横向的大自然解理面（110面）包含，它有35的反射率，已不足以引发激光波动。若需减少反射率可在晶面上镀一层二氧化硅，再行镀上一层金属银膜，可取得95％以上的反射率。一旦半导体激光器上再加相反偏压时，在结区就再次发生粒子数翻转而展开填充。

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