同质结和异质结半导体激光器
半导体激光器的一般构成
激光笔里边就是一个半导体激光器,属于 LED的一种.前边一般会加一个光学镜头用 来聚焦.激光笔发出的激光属于固体激光,而 激光笔里面的固体激光器也就是一个激光 二极管.目前的激光笔大多数是红色,可以指 示的长度比较远.
激光炫目器
激光眩目器采用人眼最为敏感的532nm绿 激光，不仅在低亮环境下照亮数英里之外 的物体，还能实现警示远距离之内的潜在 目标和控制大片人群的目的。照射眼睛时 能使眼睛短暂性失明和感到眩晕，从而快 速制敌而不伤害人身生命。强烈耀眼地绿 光光束能干扰敌方的的视觉传感器，使对 方瞬间地攻击或反抗归于无效。
半导体中激光产生的条件： 粒子数反转：产生大量的受激辐射 光学谐振腔：实现光放大 达到阈值电流密度：使得增益大于损耗
半导体激光器的一般构成
光反馈装置 输出光 有源区 频率选择元件
构成部分： 光波导 1.有源区 有源区是实现粒子数反转分布、有光增益的区域。 2.光反馈装置 在光学谐振腔内提供必要的正反馈以促进激光振荡。 3.频率选择元件 用来选择由光反馈装置决定的所有纵模中的一个模式。 4.光波导 用于对所产生的光波在器件内部进行引导
什n结由同一种半导体材料构成 异质结：其pn结采用不同半导体材料构成 双异质结：在宽带隙的p型和N型半导体材料之间 插入一薄层窄带隙的材料 区别： 同质结LED：有源区对载流子和光子的限制 作用很弱； 异质结LED: (1)带隙差形成的势垒将电子和空穴限制在有源 区复合发光 （2）折射率光场有效地限制在有源区
.同质结半导体激光器
1978年,半导体激光器开始应用于光纤通信 系统,半导体激光器可以作为光纤通信的光源 和指示器以及通过大规模集成电路平面工艺 组成光电子系统。由于半导体激光器有着超 小型,高效率和高速工作的优异特点,所以这 类器件的发展,一开始就和光通信技术紧密结 合在一起,它在光通信,光变换,光互连,并行光 波系统,光信息处理和光存贮,光计算机外部 设备的光耦合等方面有重要用途。半导体激 光器再加上低损耗光纤,对光纤通信产生了重 大影响,并加速了它的发展
《激光原理》5-4半导体激光器
图(5-25) 费米能级的位置与杂质类型及掺杂浓度关系
③在重掺杂P型半导体中，费米能级向下移到价带中，低于费米能级的能带被电子 填满，高于费米能级的能态都是空的，价带中出现空穴——P型简并半导体 (图c);
④在重掺杂N型半导体中，费米能级向上移到导带中，低于费米能级的能带被电子填 满，高于费米能级的能态都是空的，导带中也有自由电子——N型简并半导体 (图e);
满带：若能带中各个能级全部被电子填满，则称为满带。 非满带：若能带中只有一部分能级填入电子，则称为非满带。 空带：若能带中各个能级都没有电子填充，则称为空带。 价带：价电子的能级所分裂而形成的能带称为价带。 导带：空带和未被价电子填满的价带称为导带。
二、绝缘体、导体和半导体
1、绝缘体
导带（空带）
能带的特征：（1）只有满带和空带；（2）满 带和空带之间有较宽的禁带，禁带宽度一般大 于3eV。（约3～6 eV）
Si Si Si Si
Si Si
+ B
Si
N型半导体（电子型）：
四价元素Si，Ge，掺五价元 素P，Sb，Td
导带 施主能级
价带
五价原子将在代替四价元素的原子，多出的一个价电子只在杂质离子的电场
范围内运动。杂质原子称为施主原子，相应的杂质能级称为施主能级。量子
力学表明，这种掺杂后多余的电子的能级在禁带中紧靠空带处, 极易形成电子
对于重掺杂的 GaAs P－N 结，在P－N 结的附近，导带中有电子而价带中有空穴， 这一小段区域称为“作用区”。如果电子从导带中向价带中跃迁，则将释放光子，并 在谐振腔的反馈作用下，产生受激辐射。当然，价带中的电子也可能在光子的激发下 跃迁到导带中，即所谓受激吸收，而要产生激光输出自然要求受激发射光子的速率大 于受激吸收光子的速率。
半导体激光器LD
半导体激光器LD半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。
常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。
激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。
半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。
同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。
半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件.其工作原理是,通过一定的激励方式,在半导体物质的能带(导带与价带)之间,或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用.半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式,光泵式和高能电子束激励式.电注入式半导体激光器,一般是由GaAS(砷化镓),InAS(砷化铟),Insb(锑化铟)等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射.光泵式半导体激光器,一般用N 型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质,以其他激光器发出的激光作光泵激励.高能电子束激励式半导体激光器,一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质,通过由外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件半导体激光器激光器优点是体积小，重量轻，运转可靠，耗电少，效率高等特点。
用半导体材料作为工作物质的激光器.它是利用受激辐射原理，使光在激发的工作物质中放大或发射（振荡）的器件.根据激发方法不同，半导体激光器可分为Ｐ－Ｎ结注入式、电子束激发式和光激发式三种。
半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质(既利用电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。
异质节在半导体激光器中的作用
异质结在半导体激光器中的作用电科学号：2013221105200182 姓名：施波半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的激光器，又称半导体激光二极管（LD），是20世纪60年代发展起来的一种激光器。
半导体激光器的工作物质有几十种，例如砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）等，激励方式主要有电注入式、光泵式和高能电子束激励式三种。
半导体激光器从最初的低温（77K）下运转发展到室温下连续工作；从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱（单、多量子阱）等多种形式。
半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的光纤导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展。
半导体激光器的体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用遍布临床、加工制造、军事，其中尤以大功率半导体激光器方面取得的进展最为突出。
同质结和异质结激光器20世纪60年代初期的半导体激光器是同质结型激光器，它是在一种材料上制作的pn结二极管。
在正向大电流注入下，电子不断地向P区注入，空穴不断地向1"1区注入。
于是，在原来的pn结耗尽区内实现了载流子分布的反转，由于电子的迁移速度比空穴的迁移速度快，在有源区发生辐射、复合，发射出荧光，在一定的条件下发生激光。
这是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。
半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器，它是由两种不同带隙的半导体材料薄层。
如GaAs。
GaAIAs所组成，最先出现的是单异质结构激光器(1969年)。
单异质结注入型激光器(SHLD)是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP—N结的P区之内，以此来降低阀值电流密度，其数值比同质结激光器降低了一个数量级，但单异质结激光器仍不能在室温下连续工作。
1970年，实现了激光波长为9000A，室温连续工作的双异质结caAs—GaAIAs(砷化镓一镓铝砷)激光器。
双异质结激光器(DHL)的诞生使可用波段不断拓宽，线宽和调谐性能逐步提高，其结构的特点是在P型和n型材料之间生长了仅有0。
半导体光电子学 §4.3 同质结及异质结激光器11
n
n
p
g
同质结LD在垂直于pn结方向上的折射率分布， 增益分布，光强分布
二.同质结激光器 Jth 与温度T的关系 Jth 高且随T发生剧烈变化
1. T↑ ↑e p区电子扩散区lh↑
中和↑ 反转↓ 维持 ↑Jth 2. T↑ 光波导效应↓ 光场限制↓
J ↑th
3. T↑ 激射长波长↑（λ红移）↑ 光子在p区吸收增加 光子损耗↑ J ↑th q
⑤阈值电流密度下 降
N
p
P
n
I
§4.3.3 双异质结LD
❖ 单异质结中的一个np同
质结用一个异质结代替
+
❖ 优点：
①高效率向有源区注入 载流子
②有源区两边异质结分 别对e和h进行限制
-
p GaAlAs
p GaAs N GaAlAs
n GaAs
③还能利用异质结 产生光波导效应， 而且对称性好
④有源层无需重掺 杂就可以使非平 衡电子浓度比注 入源区（N）高 （超注入）
§4.3 同质结及异质结激光器
§4.3.1 同质结
一.同质结LD的有源区构成
有源区构成：
P
高浓度受主
杂质扩散
进n型GaAs
P
半导体中
扩散 n
- - ++ - - ++ n - - ++
有源区：
①空间电荷区 → 外加电场可忽略 ②p型材料中e的扩散区 → 外加电场时同质结 的有源区
③ n型材料中h的扩散区 → 外加电场时可忽 略
p
n
T1
T2
0
§4.3.2 单异质结LD
一.构成
+ p GaAlAs
半导体激光器封装技术及封装形式
半导体激光器封装技术及封装形式半导体激光器的概念半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器，由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊。
常用工作物质有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）等。
激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。
半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。
同质结激光器和单异质结激光器在室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。
半导体激光器的工作原理半导体激光器是依靠注入载流子工作的，发射激光必须具备三个基本条件：（1）要产生足够的粒子数反转分布，即高能态粒子数足够的大于处于低能态的粒子数；（2）有一个合适的谐振腔能够起到反馈作用，使受激辐射光子增生，从而产生激光震荡；（3）要满足一定的阀值条件，以使光子增益等于或大于光子的损耗。
半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光的辐射放大，输出激光。
半导体激光器优点：体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等。
半导体激光器的封装技术一般情况下，半导体激光器的发光波长随温度变化为0.2-0.3nm/℃，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。
另外，当正向电流流经pn结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，温度每升高1℃，半导体激光器的发光强度会相应地减少1%左右，封装散热；时保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数半导体激光器的驱动电流限制在20mA左右。
但是，半导体激光器的光输出会随电流的增大而增加，很多功率型半导体激光器的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至1A级，需要改进封装结构，全新的半导体激光器封装设计理念和低热阻封装结构及技术，改善热特性。
例如，采用大面积芯片倒装结构，选用导。
半导体激光器
导带组成，如图(5-24)。
图(5-24) 本征半导体的能带
图(5-23) 固体的能带
同质结和异质结半导体激光器
• 同质结砷化镓(GaAs)激光器的特性
伏安特性: 与二极管相同，也具有单向导电性，如图(5－29)所示。 阈值电流密度: 影响阈值的因素很多 方向性: 图(5-30)给出了半导体激光束的空间分布示意图。
半导体的能带和产生受激辐射的条件
在一个具有N个粒子相互作用的晶体中， 纯净(本征)半导体材料，如单晶硅、 每一个能级会分裂成为N个能级， 锗等，在绝对温度为零的理想 因此这彼此十分接近的N个能级好 状态下，能带由一个充满电子 象形成一个连续的带，称之为能带， 的价带和一个完全没有电子的 见图(5-23)。
p( E ) 1 exp(
1 E Ef kT
式中，k为波兹
)
曼常数，T为热
力 学 温 度 。 Ef 称为费米能级， 用来描述半导体
中各能级被电子
占据的状态。
PN结的特性
当P型半导体和N型半导体结合后，在它们之间就出 现了电子和空穴的浓度差别，电子和空穴都要从 浓度高的地方向浓度底的地方扩散，扩散的结果 破坏了原来P区和N区的电中性，P区失去空穴留下 带负电的杂质离子，N区失去电子留下带正电的杂 质离子，由于物质结构的原因，它们不能任意移 动，形成一个很薄的空间电荷区，称为PN结。其 电场的方向由N指向P，称为内电场。该电场的方 向与多数载流子（P区的空穴和N区的电子）扩散 的方向相反，因而它对多数载流子的扩散有阻挡 作用，称为势垒。
在光纤通讯与光纤传感技术中，激光器方向 性的好坏影响到它与光纤耦合的效率。单模 光纤芯径小，数值孔于半导体的导带，价带都有一定的宽 度，所以复合发光的光子有较宽的能 量范围，因而产导体激光器的发射光 谱比固体激光器和气体激光器要宽。 半导体激光器的光谱随激励电流 而变化，当激励电流低于域值电流时， 发出的光是荧光。这时的光谱很宽， 其宽度常达百分之几微米。如图 (a) 所示。当电流增大到阈值时，发出的 光谱突然变窄，谱线中心强度急剧增 加。这表明出现了 激光。其光谱
(完整版)同质结和异质结半导体激光器
3.热平衡时，电子在能带中的分布不再服从玻尔兹曼分布，而服从费米分布，能
级E被电子占据的几率为
1 fn (E) EEF
e kT 1
半导体的能带和产生受激辐射的条件
1.杂质半导体中费米能级的位置与杂质类型及掺杂浓度有密切关系。为了说明问 题，图(5-25)给出了温度极低时的情况。
费米能级的位置与杂质类型及掺杂浓度关系
Gν
n c2 A21
8 2ν2
f ν
n c2
8 2ν2t复合
f ν
半导体激光器的工作原理和阈值条件
3.半导体激光器的阈值电流
➢在一定的时间间隔内，注入激光器的电子总数与同样时间内发生的电子与空穴 复合数相等而达到平衡
nLwd I
t复合
e
Gν
n c2 A21 8 2ν2
f
ν
n c2 8 2ν2t复合
2.在半导体中产生光放大的条件是在半导体中存在双简并能带，并且入射光的频
率满足
EF EF hν Eg
PN结和粒子数反转
1. P-N结的双简并能带结构 ➢把P型和N型半导体制作在一起，是否可能在结区产生两个费米能级呢？ ➢未加电场时，P区和N区的费米能级必然达到同一水平，如图(5-26)。
PN能带
GaAs激光器的伏安特性
激光束的空间分布示意图
同质结和异质结半导体激光器
1. 同质结砷化镓(GaAs)激光器的特性 ➢光谱特性:图(5-31)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(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。
GaAs激光器的发射光谱
➢双异质结半导体激光器:双异质结半导体激光器结构如图(5－32)(c)所示。
同质结半导体激光器的原理
同质结半导体激光器的原理同质结半导体激光器是一种利用同质结半导体材料制成的激光器。
同质结激光器由两种不同的半导体材料构成，其内部的激励方式是利用能带间距的能量差。
同质结激光器具有简单的制造工艺和成本低廉等特点，因此在实际应用中得到了广泛的应用。
同质结半导体激光器的工作原理可以分为以下几个步骤：第一步，激发：在同质结半导体激光器中，当外界电压作用于半导体器件时，会在其内部形成PN结，并且产生电子和空穴对。
当这些电子和空穴对遇到能量大于带隙的光子时，会发生跃迁，从而产生光子。
第二步，光放大：在同质结半导体激光器内部，由于PN结的存在，可以通过注入电流的方式激发PN结，从而产生一种叫做受激发射的现象。
当光子在这种环境下受到激发后，会产生与原来光子相干的光，这种现象就是光放大。
第三步，反射：在同质结半导体激光器内部，使用两个反射镜，一个是部分透射的，另一个是完全反射的。
这两个反射镜的作用是将已产生的光子反射回来，形成光的循环放大。
第四步，激光辐射：当在同质结半导体激光器内部形成了光的循环放大后，光子会凝聚在一起，形成高亮度的激光束，从而产生激光。
同质结半导体激光器的工作过程可以形象地比喻为一个不断吸收光子并且放大光子的放大器，最终产生高能量的激光光束。
在整个工作过程中，同质结半导体激光器的两个反射镜起到了非常重要的作用，通过这两个反射镜的协同作用，使得光子得以不断放大并且形成高亮度的激光。
同质结半导体激光器的工作原理和构造方式使其在许多领域得到了广泛的应用。
首先，在通信领域，同质结半导体激光器可以产生高亮度和高速的激光光束，因此在光通信领域得到了广泛的应用，例如在光纤通信中使用的激光器。
此外，在医疗领域，同质结半导体激光器也可以用于激光手术和激光治疗等领域，其高能量和高亮度的激光束可以在微创手术中发挥重要作用。
而在科研领域，同质结半导体激光器也可以用于实验室的光学研究和光学实验中。
因此，同质结半导体激光器的工作原理和应用领域使其在现代科技中得到了广泛的应用。
激光原理-第四章 半导体激光器
第二节 激发与复合辐射
若掺杂原子比材料原子少一个电子,则附加能级接近 价带,其上的空穴很容易进入价带,使价带中出现大量 过剩空穴,这种材料称为p型材料,而杂质称为受主。
掺杂的净效果是在导带和价带中形成过剩的自由载流 子。 P掺杂三价元素（杂质），载流子主要是空穴，而杂 质称为受主 N掺杂5价元素（杂质），载流子主要是电子,而杂质 称为施主 p型材料和n型材料接触时形成pn结,
式中,kpn 为声子波矢,k pn 一般比k小1个量级左右。
初态与末态相应于k空间不同点的电子跃迁称为非 竖直跃迁或间接跃迁。在这种跃迁中,发射或吸收一 个光子的同时,必须伴随发射或吸收一个适当波数的 声子,以满足动量守恒,因而属于二级过程。其几率比 属于一级过程的纯光跃迁小得多,故不适合用于激光 发射。
E
导带 Eg
满带
半导体的能带
第一节半导体的能带结构和电子状态
二、半导体中的电子状态 用量子力学确定孤立原子的电子能量和运动状态是通过求解薛定 鄂方程实现的。然而,由于固体中所含原子数量极大,对每个电 子求解薛定鄂方程是根本不可能, 只能采取某种近似的方法:
其相应的能量本征值为
h2k 2 E V 2me
1．满带（排满电子）(价带) 2．价带（价电子能级分离后形成的能带,能带中一部分能级排 满电子） 3. 导带 （未排满电子的价带） 3．空带（未排电子） 空带也是导带 4．禁带（不能排电子）
第一节半导体的能带结构和电子状态
半导体材料Si和Ge为例,每个原子有4个价电子,在原子状态中s态 和p态各2个。 由轨道杂化重新组合的两个能带中各含２Ｎ 各状态，较低的一 个正好容纳４Ｎ 个价电子， 所有的电子排满了s轨道,只有当能带被电子部分填充时,外电场 才能使电子的运动状态发生改变而产生导电性。 这些材料低温下不导电,在温度较高时,部分电子从价带激发到导 带,表现出导电性。
半导体异质结激光器结构
半导体异质结激光器结构
半导体异质结激光器是一种在光电子器件中广泛应用的重要组件。
其结
构是由不同材料的半导体层按特定顺序堆叠而成。
在这种结构中，半导体材
料的能带类型和能带宽度发生变化，从而形成了异质结。
半导体异质结激光器的结构通常由多个层次组成。
其中包括发射区、波
导区和反射区。
发射区是光源的产生和放大的区域，通常由一个p-n结构组成。
波导区起到激光光束传输的作用，常采用较宽的禁带宽度材料以降低光
损耗。
而反射区则用于增强激光的反射与输出。
半导体异质结激光器的工作原理基于霍尔效应、吸收共振、载流子注入
和光放大等现象。
通过注入电流并在发射区产生激发态的载流子，这些载流
子在波导区中不断受到刺激发射并释放出光子。
通过在反射区添加反射镜，
可以增强光子的反射并形成激光输出。
在应用上，半导体异质结激光器具有许多优势。
首先，其结构简单紧凑，易于集成和制造。
其次，激光器的输出功率高、效率高、频率稳定，并且可
以实现大范围的波长调谐。
因此，半导体异质结激光器在通信、显示、传感
和医学等领域具有广泛的应用前景。
半导体异质结激光器是一种重要的光电子器件，其结构由多个层次组成，包括发射区、波导区和反射区。
通过载流子注入和光放大等原理，激光器可
以产生高功率、高效率的激光输出，并在各个领域具有广泛的应用。
《半导体光电子学课件》下集4.3同质结及异质结激光器
同质结及异质结激光器的应用领域
同质结激光器主要应用于小型化、低 成本的激光器领域，如CD-ROM、 DVD、打印机等。
异质结激光器主要应用于高功率、高 稳定性的激光器领域，如光纤通信、 卫星通信、医疗仪器等。
同质结及异质结激光器的发展趋势
同质结激光器的发展趋势
研究新型同质结材料，提高激光器的输出功率和稳定性，拓展应用领域。
03
同质结及异质结激光器的比较
工作原理的比较
同质结激光器
同质结激光器利用同一种半导体材料形成P-N结，通过注入载流子实现粒子数 反转，进而产生激光。
异质结激光器
异质结激光器采用不同的半导体材料形成P-N结，利用不同材料的能带结构和 载流子特性，实现更好的粒子数反转和光增益。
器件结构的比较
同质结激光器
异质结激光器的结构
衬底通常采用机械强度高、 热导率好的材料，如硅或石
英。
异质结激光器的结构通常包 括衬底、限制层、有源层和
盖层。
01
02
03
限制层采用折射率较高的材 料，以实现光限制作用。
有源层是实现光增益的区域， 通常采用直接带隙半导体材
料。
04
05
盖层采用折射率较低的材料， 以实现光输出。
异质结激光器的特性
同质结激光器的结构
单层结构
同质结激光器通常由单一半导体材料 构成，包括活性层和限制层。
双异质结构
为了提高激光器的性能，有时会采用 双异质结构，即在活性层两侧加入不 同折射率的限制层。
同质结激光器的特性
01
02
03
阈值较低
由于同质结激光器的能带 结构相对简单，其阈值电 流密度通常较低。
波长可调谐性
半导体激光器工作原理及主要参数
半导体激光器工作原理及主要参数OFweek激光网讯：半导体激光器又称为激光二极管（LD，Laser Diode），是采用半导体材料作为工作物质而产生受激发射的一类激光器。
常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）。
激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦激励三种形式。
半导体激光器件，一般可分为同质结、单异质结、双异质结。
同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。
半导体激光器的优点在于体积小、重量轻、运转可靠、能耗低、效率高、寿命长、高速调制，因此半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、激光医疗、激光测距、激光雷达、自动控制、检测仪器等领域得到了广泛的应用。
半导体激光器工作原理是：通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时便产生受激发射作用。
半导体激光器的激励方式主要有三种：电注入式、电子束激励式和光泵浦激励式。
电注入式半导体激光器一般是由GaAS（砷化镓）、InAS（砷化铟）、Insb（锑化铟）等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。
电子束激励式半导体激光器一般用N型或者P型半导体单晶（PbS、CdS、ZhO等）作为工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。
光泵浦激励式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶（GaAS、InAs、InSb等）作为工作物质，以其它激光器发出的激光作光泵激励。
目前在半导体激光器件中，性能较好、应用较广的是：具有双异质结构的电注入式GaAs 二极管半导体激光器。
半导体光电器件的工作波长与半导体材料的种类有关。
半导体材料中存在着导带和价带，导带上面可以让电子自由运动，而价带下面可以让空穴自由运动，导带和价带之间隔着一条禁带，当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时就把光的能量变成了电，而带有电能的电子从导带跳回价带，又可以把电的能量变成光，这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。
异质结理论与半导体激光器的发展现状与趋势
摘要：本文介绍了有关异质结和半导体激光器的技术及其研究进展,首先简要介绍了异质结器件的历史发展过程,第二部分介绍了半导体激光器发展过程与应用,最终以半导体激光器为例,展望激光器和异质结技术发展方向。
关键词：异质结，激光器Abstract: The paper is a review of technique and recent progress about heterojunction and LD. Above all the history of development progress of heterojunction were introduced .Secondly it’s about the development and application of LD. Finally take LD for example, prospected the development direction of heterojunction and LD.Key words:heterojunction, laser引言半导体的核心是pn结,pn结是在一块半导体中用掺杂的办法做成两个导电类型不同的部分。
一般pn结的两边是用同一种材料做成的,也称为“同质结”。
如果结两边是用不同的材料制成,就称为“异质结”。
异质结相对于同质结来说有许多优良的特性，特别是在半导体激光器方面有的得天独厚的优势。
第一章异质结的发展历程pn结是组成集成电路的主要细胞,50年代pn结晶体管的发明及其后的发展奠定了现代电子技术和信息革命的基础。
然而，随着无线移动通信、GPS、雷达及高速数据处理系统的飞速发展以及全球范围的军事及空间技术走向民用，对器件和电路的性能，如频率特性、噪声特性、封装面积、功耗和成本等提出了更高的要求[1]。
在20 世纪60 年代初期，当pn结晶体管刚刚取得巨大成功的时候，人们就开始了对半导体异质结的研究。
半导体激光器中双异质结的作用和优势
半导体激光器中双异质结的作用和优势
作用：
1.载流子限制：双异质结由两种不同带隙的半导体材料层交替堆叠而成。
这种结构使得注入到结区的电子和空穴受到有效的侧向限制，不会轻易扩散出去。
在P-N或N-P-N等结构中，载流子被局限在有源区（量子阱层），极大地提高了载流子的密度。
2.光场限制：由于异质结界面两侧材料折射率的不同，形成了一个光学谐振腔的效果，有效地约束光波在有源区来回传播，增强光子与载流子的相互作用。
3.超注入效应：双异质结能够实现高效泵浦，即使在较小的电压下也能使大量载流子反转，有利于形成激光振荡所需的粒子数反转状态。
优势：
1.阈值电流低：由于双异质结的良好载流子和光场限制效果，半导体激光器只需较低的注入电流就能达到激光阈值，降低了功耗。
2.高效率：提高内部量子效率，减少无辐射复合损失，从而提升了激光器的整体电光转换效率。
3.稳定性好：良好的侧向不均匀性抑制了模式跳变和其他不稳定现象，提高了激光器的运行稳定性和可靠性。
4.波长可调：通过改变双异质结的材料组合和厚度，可以灵活地调整激光器的工作波长，使其更易与其他光学系统如光纤进行耦合。
5.尺寸小、集成度高：双异质结激光器具有小型化特点，易于与其他微电子和光电子元件集成，应用于光通信、光存储、激光打印等领域。
半导体同质结与异质结
半导体同质结与异质结
半导体同质结和异质结是半导体器件中最为基本的结构之一。
同质结是由同种半导体材料构成的结构，而异质结则是由不同种半导体材料构成的结构。
同质结的形成通常是通过将两种不同掺杂类型的半导体材料直
接接触而形成的。
在这种结构中，电子和空穴会在结界面上重组，形成一个空间电荷区。
这个电荷区可以被用作半导体器件的基础结构，如二极管和发光二极管等。
异质结的形成则需要不同种类的半导体材料，它们的晶格常数和键能不同。
这种结构的形成会导致电荷的不均匀分布，从而产生电场，这个电场会影响电子和空穴的行为，从而形成其他类型的半导体器件，如太阳能电池和场效应晶体管等。
同质结和异质结的应用非常广泛，包括光电子学、能源、通信和计算机技术等领域。
随着半导体技术的不断发展，这两种结构的应用也在不断地扩展和创新。
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