单异质结 1967 液相外延法 脉冲下工作 104 室温脉冲工作 不可以连续工作
双异质结 1970 液相外延法 连续工作 103 室温连续工作 多纵模发射
在20世纪70年代末,第一只半导体量子阱半导体激光器诞生了,这种激光器在很大程度上改进了半导体激光器的各种性能。后来,又加之金属有机化合物化学气相沉淀和分子束外沿(MBE)两种生长技术不断发展和完善,可以制作出幼稚的超精细薄层材料,因此性能更加优异的量子阱激光器也被成功地研制出,新研制出的量子阱半导体激光器在频率响应、光谱线宽度、温度稳定性和电光转换效率,阈值电流、输出功率等各个方面都比双异质结(DH)激光器更加优异。
从1979年开始,半导体激光器有着其确定的发展方向,一类是主要用于传输信息,称之为信息激光器。另一类的目标主要是增加发出激光的功率,称之为功率激光器。在泵浦固体激光器等各种广泛应用的背景下,高功率半导体激光器在1990年之后明显提高了半导体激光器的输出功率而且之后也经历了进一步迅速的发展,例如,某些kW级的高功率半导体激光器在国外已经能够买得到,国内激光器件的输出功率已经高达0.6kW[10]。如果从激光波段的方向来分析半导体激光器的发展史,那么最早出现的是红外型,然后是广泛应用的0.67μm红光半导体激光器,接下来是波长为0.65μm、0.635μm的半导体激光器的产生,随后是发出激光为蓝绿、蓝光半导体激光器,功率为0.01W的紫光甚至紫外光半导体激光器,也在迅速研制的过程中[11]。
2.3 半导体激光器的工作特性
2.3.1 阈值电流
当输入的电流比较低时,只发生自发辐射的过程,电流愈大,增益也愈大,当输入的电流等于阈值电流时,P就会产生激光。
影响阈值的几个主要因素:
(1)与晶体掺杂浓度成反比。
(2)损耗越大,阈值电流就越高。
(3)结型不同,阈值电流也相应不同,同质结比异质结高得多。
(4)温度与阈值成正比。100K之上,阈值随着T3而增加。
2.3.2 方向性
因为半导体激光器的腔长比较短,导致发出的激光方向性不好,在结的垂直平面内,发出激光的发散角可达到二十多度;在结的水平面内,发散角可达到十度左右。
2.3.3 效率
量子效率η=单位秒内发出的光子数与这段时间内抵达结区的电子空穴对的数目的比值,当温度为78K时,GaAs激光器的η达到75%左右;温度升到300K时,激光器的η降到30%左右。
功率效率η1=向外辐射的光功率与激光器输入的电功率的比值,因为各种损耗,目前的双异质结器件,室温时的功率效率最大能达到为10%,只有在低温时η1才能到达35%左右。
2.3.4 光谱特性
因为半导体材料特殊的电子结构,所以激光线宽在室温下大约为几纳米,比较宽,也就意着其单色性比较差。
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