半导体激光的结构是什么?要多少电力?砷化镓哪里有?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/19 06:26:21
半导体激光的结构是什么?要多少电力?砷化镓哪里有?
半导体激光的结构是什么?
要多少电力?砷化镓哪里有?
半导体激光的结构是什么?要多少电力?砷化镓哪里有?
半导体激光器的结构与工作原理
现以砷化镓（GaAs）激光器为例,介绍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振荡原理.由于半导体材料本身具有特殊晶体结构和电子结构,故形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.当大量原子规则而紧密地结合成晶体时,晶体中那些价电子都处在晶体能带上.价电子所处的能带称价带（对应较低能量）.与价带最近的高能带称导带,能带之间的空域称为禁带.当加外电场时,价带中电子跃迁到导带中去,在导带中可以自由运动而起导电作用.同时,价带中失掉一个电子,则相当于出现一个带正电的空穴,这种空穴在外电场的作用下,也能起导电作用.因此,价带中空穴和导带中的电子都有导电作用,统称为载流子.
（2）掺杂半导体与p-n结.没有杂质的纯净半导体,称为本征半导体.如果在本征半导体中掺入杂质原子,则在导带之下和价带之上形成了杂质能级,分别称为施主能级和受主能级.
有施主能级的半导体称为n型半导体；有受主能级的半导体称这p型半导体.在常温下,热能使n型半导体的大部分施主原子被离化,其中电子被激发到导带上,成为自由电子.而p型半导体的大部分受主原子则俘获了价带中的电子,在价带中形成空穴.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,掺杂浓度较大,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型区突然变化的区域称为p-n结.其交界面处将形成一空间电荷区.n型半导体带中电子要向p区扩散,而p型半导体价带中的空穴要向n区扩散.这样一来,结构附近的n型区由于是施主而带正电,结区附近的p型区由于是受主而带负电.在交界面处形成一个由n区指向p区的电场,称为自建电场.此电场会阻止电子和空穴的继续扩散.
（3）p-n结电注入激发机理.若在形成了p-n结的半导体材料上加上正向偏压,p区接正极,n区接负极.显然,正向电压的电场与p-n结的自建电场方向相反,它削弱了自建电场对晶体中电子扩散运动的阻碍作用,使n区中的自由电子在正向电压的作用下,又源源不断地通过p-n结向p区扩散,在结区内同时存在着大量导带中的电子和价带中的空穴时,它们将在注入区产生复合,当导带中的电子跃迁到价带时,多余的能量就以光的形式发射出来.这就是半导体场致发光的机理,这种自发复合的发光称为自发辐射.
要使p-n结产生激光,必须在结构内形成粒子反转分布状态,需使用重掺杂的半导体材料,要求注入p-n结的电流足够大（如30000A/cm2）.这样在p-n结的局部区域内,就能形成导带中的电子多于价 带中空穴数的反转分布状态,从而产生受激复合辐射而发出激光.
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,仅在外壳上多一个激光输出窗口.夹着结区的p区与n区做成层状,结区厚为几十微米,面积约小于1mm2.
半导体激光器的光学谐振腔是利用与p-n结平面相垂直的自然解理面（110面）构成,它有35的反射率,已足以引起激光振荡.若需增加反射率可在晶面上镀一层二氧化硅,再镀一层金属银膜,可获得95％以上的反射率.
一旦半导体激光器上加上正向偏压时,在结区就发生粒子数反转而进行复合.