文档介绍：半导体激光器材料的定义和研究进展
半导体激光器材料的定义和研究进展
半导体激光器材料的研究进展
一、半导体激光器的发展历史
二、半导体激光器的工作原理
三、半导体激光器的制作工艺
四、半导体激光器的应用现状
五、半导体激光器材料的发展前景
半导体激光器材料的定义和研究进展
一、半导体激光器的发展历史
激光是20 世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。
1916 年爱因斯坦发现了激光的原理，1960 年激光被首次制造。半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的激光器,又称半导体激光二极管(LD),是20世纪60年代发展起来的一种激光器。
常用的半导体激光器的工作物质有几十种，例如***化镓(GaAs)，硫化镉(CdS)等。激励方式主要有电注入式，光泵式和高能电子束激励式三种。半导体激光器从最初的低温(77K)下运转发展到室温下连续工作；从同质结发展成单异质结，双异质结，量子阱(单，多量子阱)等多种形式。
半导体激光器材料的定义和研究进展
一、半导体激光器的发展历史
早在上个世纪 50 年代，随着半导体物理学的迅速发展及晶体管的发明，人们便设想发明半导体激光器。60 年代初，这方面的理论研究纷纷展开。
1961 年，前苏联科学院院士，莫斯科列别捷夫物理所的尼古拉·巴索夫（N. G.. Basov）提出受激辐射能够在半导体内产生的理论。
半导体激光器材料的定义和研究进展
一、半导体激光器的发展历史
1962 年 7 月，美国麻省理工学院林肯实验室的学者奎斯特（Quist）和克耶斯（Keyes）在固体器件研究国际会议上，报告了***化镓材料的光发射现象。
同年 9 月，霍尔（Hall）是通用电气研究实验室的工程师，他采用扩散技术制备了 GaAs 的 P-N 结，获得了低温脉冲工作的GaAs 同质结构激光器。同质结激光器具有厚度为微米量级的有源层，需要足够的电子和空穴注入来实现粒子数的反转，因此阈值电流密度高达 105-106A/cm2；而且这种激光器温度效应明显，注入载流子的复合效率低，不能够在室温下连续工作。
半导体激光器材料的定义和研究进展
一、半导体激光器的发展历史
1963 年，异质结的概念由前苏联科学院的阿尔费洛夫（Alferov）和美国的克罗默（Kroemer）提出。
1968 年到 1970 年期间，美国贝尔实验室的潘尼希（Panish）等研制出 AlGaAs/GaAs 单异质结激光器，阈值电流密度为 ×103A/cm2，实现了室温下的脉冲工作，这标志着半导体激光器进入了异质结注入型激光器（SHLD）的发展阶段。
半导体激光器材料的定义和研究进展
一、半导体激光器的发展历史
1970 年，双异质结构半导体激光器(DH-LD)由前苏联科学院约飞（loffe）物理研究所的阿尔费洛夫(Alferov)等人研究成功。室温下的阈值电流密度比单异质结激光器的降低了一个数量级，电光转换效率也得到了大幅度的提高。与此同时，超晶格中的量子效应由美国 IBM 公司的江琦（）和朱兆祥（）首先提出，并且制备出了具有超晶格结构的 GaAs 半导体材料。
半导体激光器材料的定义和研究进展
一、半导体激光器的发展历史
1975年，范德齐尔（）等人首先采用 MBE (分子束外延）方法制备了 AlGaAs/GaAs 材料的量子阱激光器——从此半导体激光器进入了第三个发展阶段。
1977 年，杜普伊斯（Dupuis）等人研制出了阈值电流密度为 3kA/cm2的量子阱激光器。
1979 年，14 个量子阱的 AlGaAs 激光器由曾焕添（Won T. Tsang）用 MBE 生长得到，在室温下工作时其阈值电流密度为 2kA/cm2。随后，曾焕添在对单量子阱激光器进行优化设计的基础上，提出了光电分别限制的梯度折射率波导（GRIN-SCH）结构，制备出的激光器阈值电流密度仅为 60A/cm2，内量子效率高达 95%。
半导体激光器材料的定义和研究进展
一、半导体激光器的发展历史
在20世纪80年代后期，人们又提出了应变量子阱激光器的结构，其阀值电流密度可降至约65A/cm2。
1994年，贝尔实验室报道了只有电子参加的基于子带跃迁和共振隧道机理上的量子级联激光器，突破了二极管激光器材料体系对发射波长的限制，将发射波长推至4um-17um中远红外波段。AlGalnP体系为可见波段红光波段。
1996年日本成功地研制出GaN基半导体量子阱激光器，将半导体激光器的发光波段推向了紫外至蓝紫波段。