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半导体激光器的结构和工作原理分析

发布时间:2021-10-02 12:27:02人气:
本文摘要: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。

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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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