主题：【原创】侃侃半导体激光器（一） -- imres

20 世纪60 年代初期的半导体激光器是同质结型激光器，这种结构是直接从Si器件结构借鉴而来的，它是在一种材料上制作的pn 结二极管在正向大电流注人下，电子不断地向p 区注人，空穴不断地向n 区注人.于是，在原来的pn 结耗尽区内实现了载流子分布的反转，由于电子的迁移速度比空穴的迁移速度快，在有源区发生辐射、复合，发射出荧光，在一定的条件下发生激光，这是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器.

半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器，异质结结构是一个天才式的设想，它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如G&As, GaAlAs 所组成，最先出现的是单异质结构激光器(1969 年).单异质结注人型激光器(SHLD)是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP一N结的P区之内，以此来降低阀值电流密度，其数值比同质结激光器降低了一个数量级，但单异质结激光器仍不能在室温下连续工作.

1970 年，实现了激光波长为9000A.室温连续工作的双异质结GaAs/AlGaAs。(砷化稼一稼铝砷)激光器.双异质结激光器(DHL)的诞生使可用波段不断拓宽，线宽和调谐性能逐步提高，其结构的特点是在P 型和n 型材料之间生长了仅有0. 2 um 厚的，不掺杂的，具有较窄能隙材料的一个薄层，因此注人的载流子被限制在该区域内(有源区)，因而注人较少的电流就可以实现载流子数的反转.在半导体激光器件中，目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注式二极管激光器.

双异质结GaAs/AlGaAs

随着异质结激光器的研究发展，人们想到如果将超薄膜(< 20nm)的半导体层作为激光器的激括层，以致于能够产生量子效应，结果会是怎么样?再加之由于MBE,MOCVD 技术的成,于是，在1978 年出现了世界上第一只半导体量子阱激光器(QWL)，它大幅度地提高了半导体激光器的各种性能.后来，又由于MOCVD,MBE 生长技术的成熟，能生长出高质量超精细薄层材料，之后，便成功地研制出了性能更加良好的量子阱激光器，量子阱半导体激光器与双异质结(DH)激光器相比，具有阑值电流低、输出功率高，频率响应好，光谱线窄和温度稳定性好和较高的电光转换效率等许多优点.

QWL 在结构上的特点是它的有源区是由多个或单个阱宽约为100nm的势阱所组成，由于势阱宽度小于材料中电子的德布罗意波的波长，产生了量子效应，连续的能带分裂为子能.因此，特别有利于载流子的有效填充，所需要的激射阅值电流特别低.半导体激光器的结构中应用的主要是单、多量子阱，单量子阱(SQW)激光器的结构基本上就是把普通双异质(DH)激光器的有源层厚度做成数十nm 以下的一种激光器，通常把势垒较厚以致于相邻势中电子波函数不发生交迭的周期结构称为多量子阱(MQW ).量子阱激光器单个输出功率现大于1w，承受的功率密度已达l OMW/cm3 以上而为了得到更大的输出功率，通常可以把许多单个半导体激光器组合在一起形成半导体激光器列阵。

因此，量子阱激光器当采用阵列式集成结构时，输出功率则可达到l00w 以上.近年来，高率半导体激光器(特别是阵列器件)飞速发展，已经推出的产品有连续输出5W ,1ow,20w 和30W 的激光器阵列.脉冲工作的半导体激光器峰值输出功率50w. 12OW 和150OW 的阵列也已经商品化.一个4. 5 cm x 9cm的二维阵列，其峰值输出功率已经超过45BW.峰值输出功率为350KW 的二维阵列也已间世.

从20 世纪70 年代末开始，半导体激光器明显向着两个方向发展，一类是以传递信息为目的信息型激光器.另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器.在泵浦固体激光器等应用的推动下，高功率半导体激光器(连续输出功率在100mW 以上，脉冲输出功率在5W 以上，均可称之谓高功率半导体激光器)在20 世纪90 年代取得了突破性进展，其标志是半导体激光器的输出功率显著增加，国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化，国内样品器件输出已达到600W.如果从激光波段的被扩展的角度来看，先是红外半导体激光器，接着是670nm 红光半导体激光器大量进人应用，接着，波长为650nm,635nm 的问世,蓝绿光、蓝光半导体激光器也相继研制成功，lomw 量级的紫光乃至紫外光半导体激光器，也在加紧研制中.为适应各种应用而发展起来的半导体激光器还有可调谐半导体激光器，

电子束激励半导体激光器以及作为“集成光路”的最好光源的分布反馈激光器(DFB 一LD)，分布布喇格反射式激光器(DBR 一LD)和集成双波导激光器.另外，还有高功率无铝激光器(从半导体激光器中除去铝，以获得更高输出功率，更长寿命和更低造价的管子)、中红外半导体激光器和量子级联激光器等等.其中，可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长，可以很方便地对输出光束进行调制.分布反馈(DFB)式半导体激光器是伴随光纤通信和集成光学回路的发展而出现的，它于1991 年研制成功，分布反馈式半导体激光器完全实现了单纵模运作，在相干技术领域中又开辟了巨大的应用前景它是一种无腔行波激光器，激光振荡是由周期结构(或衍射光栅)形成光藕合提供的，不再由解理面构成的谐振腔来提供反馈，优点是易于获得单模单频输出，容易与纤维光缆、调制器等辆合，特别适宜作集成光路的光源.