半導體激光器的最新進展及應用現(xiàn)狀

文/常坤

圖1：半導體激光器質(zhì)結(jié)分析

1　半導體激光器綜述

半導體激光器俗稱激光二極管，因為其用半導體材料作為工作物質(zhì)的特性所以被稱為半導體激光器。其通過對工作物質(zhì)的激勵，從而實現(xiàn)粒子流的反轉(zhuǎn)，并且當粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的時候，其中大量的電子通過與空穴進行復合，從而產(chǎn)生受激發(fā)射作用。

一般半導體激光器的常用工作物質(zhì)主要有GaAs、CdS、InP、ZnS等，并且根據(jù)不同的工作物質(zhì)主要有三種激勵方式：電注入，pump式和高能電子束激勵。電注入是半導體激光器，一般由GaAS、CdS、InP、ZnS等工作物質(zhì)作為主要材料，制成半導體面結(jié)型二極管，在受到電注入時，沿著正向偏壓注入的電流，對工作物質(zhì)進行激勵，從而在節(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。Punp式激光器，一般由晶體中摻入受主雜的的以空穴為載流子的鍺單晶（P型半導體單晶）或以電子為載流子的鍺單晶（N型半導體單晶）作未工作物質(zhì)，并通過其他激光器發(fā)出的機關(guān)作pump激勵，從而實現(xiàn)種群反演。高能電子束激勵式半導體激光器，一般在工作物質(zhì)的選擇上與pump式激光器相似，也是選用半導體鍺單晶，但值得注意的問題是，在P型半導體單晶的選擇上高能電子束激勵式半導體激光器主要以PbS。CbS和ZnO為主。

半導體激光器材根據(jù)質(zhì)結(jié)的差異可以分為相同、單一和雙差異結(jié)構(gòu)幾種，其差異分布如圖1所示。

其中同質(zhì)激光器和單異質(zhì)激光器在室溫中的應用多為脈沖期間，而雙異質(zhì)激光器則可以實現(xiàn)連續(xù)工作，因此性能更好的雙異質(zhì)激光器擁有更廣的應用范圍，其中更是以雙異質(zhì)的電注入式GaAs二極管發(fā)光器的應用更為廣泛。

雙異質(zhì)激光器又稱為DH激光器，有圖1可清晰觀察到，其主要為三層不同類型的工作物質(zhì)構(gòu)成。通過包裹于窄帶隙的P型半導體（有源層）的兩側(cè)的寬帶隙的P型和N型半導體組成的限制層，作為反射鏡從而構(gòu)成了F-P諧振腔。

2　半導體激光器的發(fā)展

激光二極管（LD）在材料科學以及半導體物理學的不斷發(fā)展下，在半導體激光器中采用了QW和SL-QW等全新的結(jié)構(gòu)，并通過折射率對布拉格發(fā)射器以及對布拉格發(fā)射器的增強調(diào)制的新技術(shù)，在結(jié)構(gòu)與技術(shù)個新的同時還發(fā)發(fā)展了分子束外延、金屬有機化合物化學氣相沉淀以及Chemical-Biology Engineering等全新的晶體生長技術(shù)，從而為QW和SL-QW提供優(yōu)質(zhì)的材料。伴隨著這些技術(shù)的全面發(fā)展，從而使得激光二極管，自身閾值電流有大幅度降低，并且轉(zhuǎn)換效率也不斷提高，伴隨著輸出功率的提高，也大大增加了LD的使用壽命。

就半導體激光器的發(fā)展，近年來用于信息技術(shù)領域的小功率半導體激光器發(fā)展極快。如用于光纖通信的DFB和動態(tài)單模的激光二極管以及在光盤處理中大量應用的可見光波長的激光二極管，甚至是超短脈沖的激光二極管都得到了大幅度的革新性進步。小功率激光二極管其自身還擁有這高集成、高速率以及可調(diào)諧的發(fā)展特征。

大型高功率半導體激光器的發(fā)展速度也不斷加快。在上世紀八十年代，獨立的激光二極管的輸出功率已經(jīng)在100mW以上，并達到了39%的轉(zhuǎn)化效率。等到了90年代，美國人又一次將指標提高一個新的水平，達到了45%的轉(zhuǎn)化效率，就輸出功率來看，也從W到了KW級的轉(zhuǎn)變。高效能大功率的半導體激光器也迅速發(fā)展為全固化激光器，從而使得LDP固體激光器獲得了全新的發(fā)展機遇和前景。

3　LD的應用現(xiàn)狀

3.1　半導體激光器在工業(yè)的應用

工業(yè)設備上的激光器多用于材料的切割和電路板的加工。由于激光器的高穩(wěn)定性和高效能，從而使得其可以輕易的對工業(yè)材料進行精確的切割，并且在高頻微博電路板的加工上，低波長的紫外激光也有不錯的應用。

3.2　半導體激光器在軍事的應用

小功率的半導體激光器由于自身體積小，壽命長且易于調(diào)制的特點，被廣泛應用與激光制導和激光測距等領域。簡單易行，并且取得了不錯的效果?，F(xiàn)在大功率半導體激光器的發(fā)展，也使其與軍事領域大放異彩，激光雷達和激光模擬以及深海光通信，都得到了極大的發(fā)展。

4　結(jié)論

激光二極管（LD）在材料科學以及半導體物理學的不斷發(fā)展下，在半導體激光器中采用了QW和SL-QW等全新的結(jié)構(gòu)，并通過折射率對布拉格發(fā)射器以及對布拉格發(fā)射器的增強調(diào)制的新技術(shù)，在結(jié)構(gòu)與技術(shù)個新的同時還發(fā)發(fā)展了分子束外延、金屬有機化合物化學氣相沉淀以Chemical-Biology Engineering等全新的晶體生長技術(shù)，從而為QW和SL-QW提供優(yōu)質(zhì)的材料。伴隨著這些技術(shù)的全面發(fā)展，從而使得半導體激光器，自身的閾值電流有了大幅度降低，并且轉(zhuǎn)換效率也不斷提高，伴隨著輸出功率的提高，也大大增加了LD的使用壽命。在半導體激光器的不斷發(fā)展的同時，其在現(xiàn)有的應用領域中廣泛應用的基礎上，必將擁有更為廣闊的前景。