半导体激光器原理.pdf

半导体激光器原理与制造 Semiconductor laser diode Principle&Fabrication 激光打标机 400-0098-266 主要内容 1.半导体物理基础知识 2.半导体激光器工作原理 3.工作特性及参数 4.结构及制造工艺 5.面发射激光器 激光打标机 400-0098-266 半导体物理基础知识 1. 能带理论 2. 直接带隙和间接带隙半导体 3. 能带中电子和空穴的分布 4. 量子跃迁 5. 半导体异质结 6. 半导体激光器的材料选择 激光打标机 400-0098-266 : 能带理论晶体中原子能级分裂 • 晶体中的电子作共有化 运动，所以电子不再属 于某一个原子，而是属 于整个晶体共有 • 晶体中原子间相互作 用，导致能级分裂，由 于原子数目巨大，所以 分裂的能级非常密集， 认为是准连续的，即形 成能带 • 电子总是先填充低能 0K 级， 时，价带中填满 了电子，而导带中没有 电子 激光打标机 400-0098-266 导体 绝缘体 半导体 激光打标机 400-0098-266 能带中电子和空穴的分布 导带中绝大多数电子分布在导带底。 Ef为费米能级，它在能带中的位置直观的标志着电子占据量子态的情况。 费米能级位置高，说明有较多能量较高的量子态上有电子。 激光打标机 400-0098-266 能带中电子和空穴的分布 N型半导体中的电子和空穴在能级中的分布（热平衡状态） 激光打标机 400-0098-266 能带中电子和空穴的分布 P型半导体中的电子和空穴在能级中的分布（热平衡状态） 激光打标机 400-0098-266 量子跃迁 • 光的自发发射 （是半导体发光的基 础） • 光的受激吸收 （是半导体探测器工 作的基础） 激光打标机 400-0098-266 量子跃迁 • 光的受激发射：光子激励导带中的电子与价带中的空穴复合，产生 一个所有特征（频率、相位、偏振）完全相同的光子。它是半导体 激光器的工作原理基础。 激光打标机 400-0098-266 量子跃迁 非辐射跃迁： 1. 异质结界面态的复合 2. 缺陷复合：有源区都 是本征材料 3. 俄歇复合：对长波长 激光器的量子效率、 工作稳定性和可靠性 都有不利影响 激光打标机 400-0098-266 量子跃迁 • 特点： 激光打标机 400-0098-266 直接带隙和间接带隙半导体 直接带隙半导体跃迁几率高， 间接带隙半导体电子跃迁时：始态和终态的 适合做有源区发光材料 波矢不同，必须有相应的声子参与吸收和发 GaAs InP AlGaInAs 射以保持动量守恒，所以跃迁几率低。 （如 ， ， ） 激光打标机 400-0098-266 半导体异质结 • 异质结的作用： • 异质结对载流子的限 制作用