半導(dǎo)體激光器工作原理及基本結(jié)構(gòu)ppt課件

1、半導(dǎo)體激光器任務(wù)原理及根本構(gòu)造李璟半導(dǎo)體激光器任務(wù)原理及根本構(gòu)造n任務(wù)原理n分類n資料及器件構(gòu)造半導(dǎo)體激光器任務(wù)原理n半導(dǎo)體激光器n 是一種在電流注入下可以發(fā)出相關(guān)輻射光相位一樣、波長根本一樣、強(qiáng)度較大的光電子器件。 半導(dǎo)體激光器任務(wù)原理n任務(wù)三要素： n 受激光輻射、諧振腔、增益大于等于損耗。自發(fā)光輻射和受激光輻射自發(fā)光輻射和受激光輻射n自發(fā)光輻射發(fā)光二極管n 當(dāng)給器件加正向偏壓時，n區(qū)向p區(qū)注入電子，p區(qū)向n區(qū)注入空穴，在激活區(qū)電子和空穴自發(fā)地復(fù)合構(gòu)成電子-空穴對，將多余的能量以光子的方式釋放出來，所發(fā)射的光子相位和方向各不一樣，這種輻射叫做自發(fā)輻射。n受激光輻射半導(dǎo)體激光器n 在資料設(shè)計

2、時，思索將p區(qū)和n區(qū)重?fù)诫s等工藝，使得輻射光嚴(yán)厲在pn結(jié)平面內(nèi)傳播，單色性較好，強(qiáng)度也較大，這種光輻射叫做受激光輻射。法布里-珀羅諧振腔 (構(gòu)成相關(guān)光)n垂直于結(jié)面的兩個平行的晶體解理面構(gòu)成法布里-珀羅諧振腔 ，兩個解理面是諧振腔的反射鏡面。在兩個端面上分別鍍上高反膜和增透膜,可以提高激射效率.n一定波長的受激光輻射在諧振腔內(nèi)構(gòu)成振蕩的條件: n 腔長=半波長的整數(shù)倍n L=m(/2n)增益和閾值電流n增益：在注入電流的作用下，激活區(qū)受激輻射不斷加強(qiáng)。n損耗：受激輻射在諧振腔中來回反射時的能量損耗。包括載流子吸收、缺陷散射及端面透射損耗等。n閾值電流：增益等于損耗時的注入電流。半導(dǎo)體激光器的分

3、類資料和波長n可見光： GaAs襯底 n InGaN/ GaAs 480490nm 藍(lán)綠光n InGaAlP/GaAs 630680nmn AlGaAs/GaAs 720760nmn近紅外長波長： GaAs襯底 AlGaAs/GaAs 760900nm InGaAs/GaAs 980nmn遠(yuǎn)紅外長波長： InP襯底 n InGaAsP/InP 1.3um 1.48um 1.55um半導(dǎo)體激光器資料和器件構(gòu)造n808大功率激光器構(gòu)造半導(dǎo)體激光器資料生長采用采用MOCVD方法制備外延層，外延層包括緩沖層、限制方法制備外延層，外延層包括緩沖層、限制層、有源層、頂層、帽層。有源層包括上下波導(dǎo)層和層、有

4、源層、頂層、帽層。有源層包括上下波導(dǎo)層和量子阱。量子阱。有源層的帶隙比有源層的帶隙比P型和型和N型限制層的小，折射率比它們大，型限制層的小，折射率比它們大，因此由因此由P面和面和N面注入的空穴和電子會限制在有源區(qū)中，面注入的空穴和電子會限制在有源區(qū)中，它們復(fù)合產(chǎn)生的光波又能有效地限制在波導(dǎo)層中。大它們復(fù)合產(chǎn)生的光波又能有效地限制在波導(dǎo)層中。大大提高了輻射效率。大提高了輻射效率。最上面的一層資料帽層采用高摻雜，載流子濃度高，最上面的一層資料帽層采用高摻雜，載流子濃度高，目的是為了與目的是為了與P面金屬電極構(gòu)成更好的歐姆接觸，降低面金屬電極構(gòu)成更好的歐姆接觸，降低歐姆接觸電阻。歐姆接觸電阻。半導(dǎo)體

5、激光器器件制備大片工藝包括：資料頂層光刻腐蝕出條形、氧化層制備光刻、大片工藝包括：資料頂層光刻腐蝕出條形、氧化層制備光刻、P面和面和N面電極制備、襯底減薄。面電極制備、襯底減薄。條形構(gòu)造：在平行于結(jié)平面方向上也希望同垂直方向一樣對載流子條形構(gòu)造：在平行于結(jié)平面方向上也希望同垂直方向一樣對載流子和光波進(jìn)展限制，因此引進(jìn)了條形構(gòu)造。和光波進(jìn)展限制，因此引進(jìn)了條形構(gòu)造。條形構(gòu)造的優(yōu)點：條形構(gòu)造的優(yōu)點： 1. 使注入電流限制在條形有源區(qū)內(nèi)，限制載流子的側(cè)向分散，使注入電流限制在條形有源區(qū)內(nèi)，限制載流子的側(cè)向分散， 使使 閾值電流降低；閾值電流降低； 2. 有源區(qū)任務(wù)時產(chǎn)生的熱量能經(jīng)過周圍四個方向的無源

6、區(qū)傳送而有源區(qū)任務(wù)時產(chǎn)生的熱量能經(jīng)過周圍四個方向的無源區(qū)傳送而逸散，提高器件的散熱性能；逸散，提高器件的散熱性能； 3. 有源區(qū)尺寸減小了，提高資料均勻的能夠性；有源區(qū)尺寸減小了，提高資料均勻的能夠性； 4. 器件的可靠性提高、效率提高、遠(yuǎn)場特性改善。器件的可靠性提高、效率提高、遠(yuǎn)場特性改善。 條形構(gòu)造類型 從對平行于結(jié)平面方向的載流子和光波限制情況可分為增益波導(dǎo)條形激光器(普通條形)和折射率波導(dǎo)條形激光器(掩埋條形、脊形波導(dǎo))。增益波導(dǎo)條形激光器 (普通條形)n特點：只對注入電流的側(cè)向擴(kuò)展和注入載流子的側(cè)向特點：只對注入電流的側(cè)向擴(kuò)展和注入載流子的側(cè)向分散有限制造用，對光波側(cè)向浸透沒有限制造

7、用。分散有限制造用，對光波側(cè)向浸透沒有限制造用。n我們的我們的808大功率激光器屬于這種構(gòu)造：把大功率激光器屬于這種構(gòu)造：把p+重?fù)诫s重?fù)诫s層光刻成條形，限制電流從條形部分流入。但是在有層光刻成條形，限制電流從條形部分流入。但是在有源區(qū)的側(cè)向仍是一樣的資料，折射率是一樣的，對光源區(qū)的側(cè)向仍是一樣的資料，折射率是一樣的，對光場的側(cè)向浸透沒有限制造用，呵斥遠(yuǎn)場雙峰或多峰、場的側(cè)向浸透沒有限制造用，呵斥遠(yuǎn)場雙峰或多峰、光斑不均勻，同時閾值高、光譜寬、多縱摸任務(wù)，有光斑不均勻，同時閾值高、光譜寬、多縱摸任務(wù)，有時會出現(xiàn)扭折問題。時會出現(xiàn)扭折問題。折射率波導(dǎo)條形激光器掩埋條形n特點：不僅對注入電流的側(cè)向擴(kuò)展和注入載流子的側(cè)向分散有限制造用，而且對光波側(cè)向浸透也有限制造用。nInP襯底的1310nm 、1480nm激光器屬于這種構(gòu)造，需求三次外延生長。此構(gòu)造的優(yōu)點：條形有源區(qū)的側(cè)向?qū)d流子和光場都有限制，輻射光絲穩(wěn)定，可以單膜任務(wù)，遠(yuǎn)場單峰、光斑均勻，光譜窄、閾值低、可靠性高。弱折射率波導(dǎo)條形激光器脊形波導(dǎo)特點：在側(cè)向?qū)獠ǖ挠幸欢ㄏ拗圃煊茫跅l形有源區(qū)上方腐蝕出特點：在側(cè)向?qū)獠ǖ挠幸欢ㄏ拗圃煊?，在條形有源區(qū)上方腐蝕出一個脊寬度大約一個脊寬度大