半導體雷射

半導體雷射

體積小、耗能少、效益高且壽命長,易由電流大小來調制其輸出功率 and...便宜!

外加電流必須大於臨界電流才能滿足居量反轉條件而發出雷射光。

臨界電流大小與接面溫度有關,間接影響發光效益,在高溫操作時,臨界電流因此提高,效益會降低,甚至元件會因此損壞。


直接躍遷

電子由高能階的導電帶直接躍遷到低能階的價電帶,此時電子的動量不變,與電洞結合後的能量差,以光的形式放出能量。

光波長 Latex formula 與能隙 Latex formula 的關係:Latex formula

間接躍遷


半導體雷射的結構:

1)均質結構(Homostructure)

早期的半導體雷射二極體(Laser Diode,LD),是由 P 和 N 型都是同質的半導體所組成,由 P-GaAs 及 N-GaAs 構成單接面。加上順向偏壓後,電子被注入P型區而發光。兩端面因由晶体切割而形成一對鏡面,組成雷射共振腔,同時造成雷射作用使得輸出光功率增強。

此種結構有兩個缺點。第一,對光及注入電流的控制太差,導致發光效率相當低;第二,只能在低溫下操作,因此實用性不佳。

2)單異質結構(Single Heterostructure,SH)

針對均質結構雷射的缺點所發展出來的,由不同材質的 P 型和 N 型所形成。

反應區兩邊為 P-AlGaAs 及 N-GaAs 組成,只有一邊是異質結構,因此稱為單異質結構。

3)雙異質結構(Double Heterostructure,DH)

反應區兩邊都由能隙較大的材料所組成。

光腔 P-GaAs 被夾在 P-AlGaAs 和 N-AlGaAs 兩個能隙較大的材料之間,由於 AlGaAs 可以將注入的電子與電洞同時圍阻,而且因為折射率的差異,可以防止雷射光從光腔的兩邊逸出,因此兩邊均提高了發光效率。

商品型的半導體雷射,大多採用此種結構。

4)量子井結構(Quantum well)

當雙異質結構的活性層厚度只有 100Å左右時,電子的波動性質會較為顯著,此時必須考慮到量子效應造成的影響。

5)垂直共振腔面射型雷射(Vertical cavity surface emitting laser)