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三、半导体激光器的工作特性

　　1．阈值电流。当注入p-n结的电流较低时，只有自发辐射产生，随电流值的增大增益也增大，达阈值电流时，p-n结产生激光。影响阈值的几个因素：
　　（1）晶体的掺杂浓度越大，阈值越小。
　　（2）谐振腔的损耗小，如增大反射率，阈值就低。
　　（3）与半导体材料结型有关，异质结阈值电流比同质结低得多。目前，室温下同质结的阈值电流大于30000A/cm2；单异质结约为8000A/cm2；双异质结约为1600A/cm2。现在已用双异质结制成在室温下能连续输出几十毫瓦的半导体激光器。
　　（4）温度愈高，阈值越高。100K以上，阈值随T的三次方增加。因此，半导体激光器最好在低温和室温下工作。
　　2．方向性。由于半导体激光器的谐振腔短小，激光方向性较差，在结的垂直平面内，发散角最大，可达20°-30°；在结的水平面内约为10°左右（见图19－27）。

 
图19－27

　　3．效率。量子效率
　　η＝每秒发射的光子数／每秒到达结区的电子空穴对数
　　77K时，GaAs激光器量子效率达70％－80％；300K时，降到30％左右。
　　功率效率η1＝辐射的光功率／加在激光器上的电功率
　　由于各种损耗，目前的双异质结器件，室温时的η1最高10％，只有在低温下才能达到30％－40％。
　　4．光谱特性。由于半导体材料的特殊电子结构，受激复合辐射发生在能带（导带与价带）之间，所以激光线宽较宽，GaAs激光器，室温下谱线宽度约为几纳米，可见其单色性较差。输出激光的峰值波长：77K时为840nm；300K时为902nm。

四、连续室温半导体激光器

　　现在已用双异质结制成在室温下能连续输出几十毫瓦的半导体激光器。其输出波长为900nm（近红外光）；器件工作寿命已达数万小时，甚至数十万小时；功率转换效率超过20％；成为目前激光光纤传输的重要光源。
　　为了降低阈值电流和实现室温下连续运转，通常由异种材料来构成“结”，称为“异质结”的新结构。若在GaAs衬底的两侧各“生长”出P-GaAlAs层和n-GaAlAs层，则称为双异质结，其激活区厚度d≈0.5um。
　　图19－28为多层结构双异质结构示意图。

 
图19－28

　　半导体双异质结构激光器其发光机理，仍可为电注入结区，由电子和空穴复合而产生。由于结区是由不同的半导体材料结合而成，使得电子和空穴不再往深处扩散，而在结的交界面反射（因折射率的差异）。于是电子积蓄在狭窄区域内，使电子浓度增高。减小扩散吸收损耗，从而提高了光的增益，降低了阈值电流，有利于实现室温下连续运转。     半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn结或Pin结为工作物质的一种小型化激光器.半导体激光工作物质有几十种，目前已制成激光器的半导体材料有砷化稼(GaAs)、砷化锢(InAs)、锑化锢(InSb)、硫化锅(cds)、蹄化福(CdTe)、硒化铅(PbSe)、啼化铅(PhTe)、铝稼砷(A1xGa-As)、锢磷砷(In-PxAS)等.   半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注人式、光泵式和高能电子束激励式.
    绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入，即给Pn结加正向电压，以使在结平面区域产生受激发射，也就是说是个正向偏置的二极管，因此半导体激光器又称为半导体激光二极管.对半导体来说，由于电子是在各能带之间进行跃迁，而不是在分立的能级之间跃迁，所以跃迁能量不是个确定值，这使得半导体激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上.它们所发出的波长在3-34pm之间.其波长范围决定于所用材料的能带间隙，最常见的是AlGaA:双异质结激光器，其输出波长为750-890nm.
   世界上第一只半导体激光器是1962年问世的，经过几十年来的研究，半导体激光器得到了惊人的发展，它的波长从红外、红光到蓝绿光，被盖范围逐渐扩大，各项性能参数也有了很大的提高，其制作技术经历了由扩散法到液相外延法(LPE)，气相外延法(VPE)，分子束外延法(MBE),MOCVD方法(金属有机化合物汽相淀积)，化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺.其激射闭值电流由几百mA降到几十mA，直到亚mA，其寿命由几百到几万小时，乃至百万小时从最初的低温(77K)下运转发展到宰la下连续工作，输出功率由几毫瓦提高到千瓦级(阵列器件)它具有效率高、体积小、重量轻、结构简单、能将电能直接转换为激光能、功率转换效率高(已达10%以上、最大可达50%).便于直接调制、省电等优点，因此应用领域日益扩大.目前，固定波长半导体激光器的使用数量居所有激光器之首，某些重要的应用领域过去常用的其他激光器，已逐渐为半导体激光器所取代.