1、第十一章第十一章 11.211.2半导体激光器半导体激光器概述概述 11.311.3半导体激光器原理半导体激光器原理 11.411.4半导体激光器特性半导体激光器特性 11.511.5同质结和异质结激光器同质结和异质结激光器 11.611.6分布反馈半导体激光器分布反馈半导体激光器 11.711.7量子阱半导体激光器量子阱半导体激光器11.111.1半导体发光二极管半导体发光二极管(LED)(LED)11.111.1半导体发光二极管半导体发光二极管(LED)(LED)LED：材料为半导体，结构为材料为半导体，结构为pn结组成的，能发光结组成的，能发光 的二极管。的二极管。1.按材料分类按材料分
2、类：依据芯片的材料，外延层，掺杂杂质，可大致：依据芯片的材料，外延层，掺杂杂质，可大致 估计出发光二极管的颜色，波长等基本特性。估计出发光二极管的颜色，波长等基本特性。3.3.按器件封装按器件封装：封装种类很多，有环氧树脂全包封，金属底座环：封装种类很多，有环氧树脂全包封，金属底座环 氧封装，陶瓷底座环氧封装，和玻璃封装等。氧封装，陶瓷底座环氧封装，和玻璃封装等。按发光强度按发光强度：发光强度小于：发光强度小于10（mcd）毫坎德拉（）毫坎德拉（cd定义：定义：波长为波长为550nm的单色光源发光时，若其在某一方向上辐射强度的单色光源发光时，若其在某一方向上辐射强度 为为1/681W/sr(瓦
3、瓦/球面度球面度 )则称此单色光源在该方向上的发光强则称此单色光源在该方向上的发光强度为度为1坎德拉，既坎德拉，既1cd）为）为普通亮度发光管普通亮度发光管，10100mcd为为高亮高亮度发光管度发光管，100mcd以上的称以上的称超高亮度发光管超高亮度发光管。6.按应用按应用：有指示灯，照明灯，数码显示器，短距离光通信：有指示灯，照明灯，数码显示器，短距离光通信 光源等。光源等。gE导带禁带价带FE载流子载流子：在热运动或其他外界激发下，价带电子激发跃：在热运动或其他外界激发下，价带电子激发跃迁至导带，这时导带有了电子，价带有了空穴，电子迁至导带，这时导带有了电子，价带有了空穴，电子和空穴统
4、称为载流子。和空穴统称为载流子。在热平衡时，电子在能带中能级上的分布服费米分布在热平衡时，电子在能带中能级上的分布服费米分布 费米能级费米能级 半导体能级的一个特征参量，并非实在的能半导体能级的一个特征参量，并非实在的能级，它由基质材料掺杂浓度和温度决定，反映电子在能级级，它由基质材料掺杂浓度和温度决定，反映电子在能级上的分布情况。对于本征半导体，费米能级在禁带宽度的上的分布情况。对于本征半导体，费米能级在禁带宽度的中间位置。价带中的能级有中间位置。价带中的能级有 ，导带中的能级有，导带中的能级有 1()exp()1nFfEEEkT费米费米能级能级玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数绝对绝对温度温度FEE
5、FEEFE导带价带FE结区P区N区能隙pn结注入电致发光原理结注入电致发光原理图图Pn结接触面处有一个耗尽层，形成结接触面处有一个耗尽层，形成势垒势垒阻碍电子和空穴的扩散。阻碍电子和空穴的扩散。当在当在pn结施加正向电压时，会使结施加正向电压时，会使势垒高度降低，耗尽层减薄，能量势垒高度降低，耗尽层减薄，能量较大的电子和空穴分别注入到较大的电子和空穴分别注入到P区区和和N区，同区，同P区和区和N区的电子复合，区的电子复合，同时以光的形式辐射出多余的能量同时以光的形式辐射出多余的能量辐射复合辐射复合可以发生在导带与价带之间可以发生在导带与价带之间，也可以发生在杂质能级上。根据材，也可以发生在杂质
6、能级上。根据材料能带结构的不同，将带间复合分成料能带结构的不同，将带间复合分成 直接带间跃迁直接带间跃迁和和间接带间跃迁间接带间跃迁)/(2398.1emEgEghc11.3.211.3.2半导体中的光发射半导体中的光发射 LED的伏安特性图的伏安特性图1 xxGaAsPLED的正向伏安特性与普通二极管的正向伏安特性与普通二极管大致相同，如右图所示：大致相同，如右图所示：LED正向开启后其正向开启后其正向电流正向电流i与电压与电压u的关系是的关系是0expeuiImkTM：复合因子：复合因子K：玻尔兹：玻尔兹曼常数曼常数在宽禁带半导体中，当在宽禁带半导体中，当i)2de(x-)2aaAk xB
7、k x若bnancnd2d2ddx/dxD01/2d2220000222ac00.07dddE exp(-2 x)dx/E exp(-2 x)dxD(nn)k d2其中cEvEcE0.04evEvEnp+px+p-p0.3 0.4/nm C6210/W cmmgEn10 30 mgEn210n 325 1010n 长波长激光器用作光纤通信光源长波长激光器用作光纤通信光源，可以大大增长，可以大大增长通信的中继距离和提高系统的性能，特别适宜于通信的中继距离和提高系统的性能，特别适宜于作长距离传输系统的光源。作长距离传输系统的光源。目前对波长大于目前对波长大于0.9um的长波长激光器的研究也较成熟，
8、作为的长波长激光器的研究也较成熟，作为室温连续工作的长波长激光器有室温连续工作的长波长激光器有InGaAsP/InP激光器、激光器、GaAsSb/GaAlAsSb激光器和激光器和InGaAs/GaInP激光器。激光器。11.6.111.6.1mdBsin290B_2nm11.6.2 11.6.2 DFBDFB激光器基本原理激光器基本原理02mnpx0.08/nm C0.30.4/nmC2100/A cm/4/4sinh()()sinh()cosh()pikLRiLL exp()()sinh()cosh()piLTiLL 222()pki 22211(1)2(1)2(effaapappLLLLLLk12.L LaL2L1L2Lm1mmeffL11.6.111.6.1超晶格材料的晶体结构超晶格材料的晶体结构GaAs/GaAlAsGaAsGaAlAsGaAsGaAsGaAlAs11.7.2 11.7.2 wLwL11.7.3 11.7.3 22022hdVEm dz0VwL22z*E()2whNLm222t*E()2xyhkkmbL11.7.411.7.411cvEE2250/thJA cm00()exp()rthTTJTJT0T1cE1vE
