基本介紹
- 中文名：半導體雷射二極體
- 時間：20世紀80年代中期
簡介,常見參數,
簡介
20世紀80年代中期以來，半導體製造技術的發展以及與雷射技術的結合，催生了半導體雷射二極體，這類兼具半導體和雷射器特性的雷射源，具有更高的峰值功率和較低的能耗，且它的發射脈寬也較窄，本身不需要溫度和光學補償，比傳統的發射光源具有明顯的優勢，並成為中紫外波段AlGaN發展的重點方向。因為該波段紫外輻射的激發效率最高，其輸出效率也比較高。
為了使紫外線輻射源更為實用化，半導體紫外二極體發展的一個方向是大幅縮小現有紫外雷射器及其電源的體積和功耗，另一個方向是開發發射波長為280nm、功耗小於10mW的發光二極體以及發射波長為340nm、功耗小於25mW的雷射二極體。
半導體雷射二極體以其體積小,重量輕,價格低,壽命長,耗電少及頻率可快速調諧等優點,已經在國民經濟和一系列高科技領域獲得了廣泛套用。然而,此種雷射器的工作波長與其工作溫度、注入電流之間有著強烈的依賴關係,例如,對近紅外線半導體雷射二極體,工作溫度引起的變化約為013nm/K,注入電流引起的變化約為0103nm/mA。同時,工作溫度和注入電流的變化還會導致半導體雷射二極體輸出功率的不穩定。
對於某些高科技領域套用,例如近些年發展起來的相干光纖通訊,對作為傳送光源和外差檢測的本振光源所用的半導體雷射器的頻率穩定性有很高的要求,同時,還要求其輸出頻率可調。又如,在極受重視的雷射探潛和大量的雷射光譜和原子分子物理研究中,都要求半導體雷射器的頻率非常穩定。因此,對半導體雷射二極體的注入電流和工作溫度的精密控制,並在此基礎上對雷射器的輸出頻率進行鎖定穩頻的技術研究就成為非常必要的。
常見參數
- 半導體雷射二極體的常見參數
- （1）波長：即雷射管工作波長，目前可作方向張開的角度，一般在15～40左右。
（5）水平發散角Θ∥：雷射的發光帶在與PN結平行方向所張開的角度，一般在6～10左右。
（6）監控電流Im：即雷射管在額定輸出功率時，在PIN管上流過的電流。
半導體雷射二極體的檢測
- （1）阻值測量法：拆下雷射二極體，用萬用表R×1k或R×10k檔測量其正、反向電阻值。正常時，正向電阻值為20~40kΩ之間，反向電阻值為∞（無窮大）。若測得正向電阻值已超過50kΩ，則說明雷射二極體的性能已下降。若測得的正向電阻值大於90kΩ，則說明該二極體已嚴重老化，不能再使用了。
（2）電流測量法：用萬用表測量雷射二極體驅動電路中負載電阻兩端的電壓降，再根據歐姆定律估算出流過該管的電流值，當電流超過100mA時，若調節雷射功率電位器，而電流無明顯的變化，則可判斷雷射二極體嚴重老化。若電流劇增而失控，則說明雷射二極體的光學諧振腔已損壞。
半導體雷射二極體的原理
- 為了了解雷射型光電的工作原理，首先對半導體雷射二極體的工作原理及其特點作一簡單的介紹。
半導體雷射二極體的基本結構如圖1所示，垂直於PN結面的一對平行平面構成法布里——珀羅諧振腔，它們可以是半導體晶體的解理面，也可以是經過拋光的平面。其餘兩側面則相對粗糙，用以消除主方向外其它方向的雷射作用。
半導體中的光發射通常起因於載流子的複合。當半導體的PN結加有正向電壓時，會削弱PN結勢壘，迫使電子從N區經PN結注入P區，空穴從P區經過PN結注入N區，這些注入PN結附近的非平衡電子和空穴將會發生複合，從而發射出波長為Λ的光子，其公式如下：
Λ = Hc/Eg (1)
式中：H—普朗克常數；C—光速； Eg—半導體的禁頻寬度。
上述由於電子與空穴的自發複合而發光的現象稱為自發輻射。當自發輻射所產生的光子通過半導體時，一旦經過已發射的電子—空穴對附近，就能激勵二者複合，產生新光子，這種光子誘使已激發的載流子複合而發出新光子現象稱為受激輻射。如果注入電流足夠大，則會形成和熱平衡狀態相反的載流子分布，即粒子數反轉。當有源層內的載流子在大量反轉情況下，少量自發輻射產生的光子由於諧振腔兩端面往復反射而產生感應輻射，造成選頻諧振正反饋，或者說對某一頻率具有增益。當增益大於吸收損耗時，就可從PN結髮出具有良好譜線的相干光——雷射，這就是雷射二極體的簡單原理。
