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1. 同質(zhì)結(jié)砷化鎵(GaAs)激光器的特性

（1）伏安特性

GaAs 激光器的伏安特性與二極管相同，也具有單向?qū)щ娦?span style="color:black">，如圖（1）所示。激光器系正向使用，其電阻主要取決于晶體體電阻和接觸電阻，其阻值雖然不大，但因工作電流密度大，不能忽視它的影響。

（2）閾值電流密度

影響閾值的因素有：①晶體的摻雜濃度越大，閾值越小；②諧振腔的損耗越小，閾值越小；③在一定范圍內(nèi)，腔長(zhǎng)越長(zhǎng)，閾值越低；④溫度對(duì)閾值電流的影響很大，半導(dǎo)體激光器宜在低溫或室溫下工作。同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器的閾值電流密度很高．達(dá)(3×10⁴~5×10⁴)A/cm²。這樣高的電流密度，將使器件發(fā)熱。故同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器在室溫下只能低重復(fù)率(幾KHz一幾十KHz)下脈沖工作。

圖（1） GaAs激光器的伏安特性 圖（2） 激光束的空間分布

（3）方向性

由于半導(dǎo)體激光器的諧振腔短小，激光方向性較差，特別是在結(jié)的垂直平面內(nèi)，發(fā)散角很大，可達(dá)20°~30°。在結(jié)的水平面內(nèi)，發(fā)散角約為幾度。圖（2）給出了半導(dǎo)體激光束的空間分布示意圖。

（4）光譜特性

圖（3）是GaAs激光器的發(fā)射光譜。其中圖(a)是低于閾值時(shí)的熒光光譜，譜寬一般為幾百埃，圖#p#分頁標(biāo)題#e#(b)是注入電流達(dá)到或大于閾值時(shí)的激光光譜，譜寬達(dá)幾十埃。半導(dǎo)體激光的譜寬盡管比熒光窄得多，但比氣體和固體激光器要寬得多。隨著新器件的出現(xiàn)，譜寬已有所改善，如分布反饋式激光器的線寬，只有1埃左右。

圖（3） GaAs激光器的發(fā)射光譜 (a) 低于閾值 (b) 高于閾值

   （5）轉(zhuǎn)換效率

注入式半導(dǎo)體激光器是一種把電功率直接轉(zhuǎn)換為光功率的器件，轉(zhuǎn)換效率極高。轉(zhuǎn)換效率通常用量子效率和功率效率量度。

① 外微分量子效率

外微分量子效率定義為

   （1）

式中，P是輸出功率，P_th是閾值發(fā)射光功率，hv為發(fā)射光子能量，i是正向電流，i_th是正向閾值電流，e為電子電量。由于P#p#分頁標(biāo)題#e#比P_th大得多，所以上式可改寫為

（2）

式中V是正向偏壓。由該式可見，η_D實(shí)際上對(duì)應(yīng)于輸出功率與正向電流的關(guān)系曲線中閾值以上的線性范圍內(nèi)的斜率。

② 功率效率

功率效率η_P定義為激光器的輸出功率與輸入電功率之比，即

（3）

式中，V是p-n結(jié)上的電壓降，R_S是激光器串聯(lián)電阻(包括材料電阻和接觸電阻)。由于激光器的工作電流較大，電阻功耗很大，所以在室溫下的功率效率只有百分之幾。

2．異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器

由不同材料的p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體構(gòu)成的p-n結(jié)叫異質(zhì)結(jié)。為了克服同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器的缺點(diǎn)，提高功率和效率，降低閾值電流，研制出了異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器。

(1)單異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器

單異質(zhì)結(jié)器件結(jié)構(gòu)如圖（4）(b)所示，單異質(zhì)結(jié)是由p-GaAs與p-GaAlAs形成的。電子由n區(qū)注入p-GaAs，由于異質(zhì)結(jié)高勢(shì)壘的限制，激活區(qū)厚度d»2#p#分頁標(biāo)題#e#m，同時(shí)，因p-GaAlAs折射率小，“光波導(dǎo)效應(yīng)”顯著，將光波傳輸限制在激活區(qū)內(nèi)。這兩個(gè)因素使得單異質(zhì)結(jié)激光器的閾值電流密度降低了1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，約8000A/cm²。

(2)雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器

雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器指的是在激活區(qū)兩側(cè)，有兩個(gè)異質(zhì)結(jié)，如圖（4）(c)所示。

圖（4） 同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)示意圖

雙異質(zhì)結(jié)激光器激活區(qū)內(nèi)注入的電子和空穴，由于兩側(cè)高勢(shì)壘的限制，深度劇增，激活區(qū)厚度變窄，d»0.5m。同時(shí)，由于激活區(qū)兩側(cè)折射率差都很大，“光波導(dǎo)效應(yīng)”非常顯著，使光波傳輸損耗大大減小。所以，雙異質(zhì)結(jié)激光器的閾值電流密度更低，可降到10²~10³A/cm²。室溫下可獲得幾毫瓦至幾十毫瓦的連續(xù)功率輸出。