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几种不同结构的激光二极管

时间：2011-12-31 22:43:45  来源： 打印本文

几种不同结构的激光二极管

2005/10/24/9:14    激光二极管和一般的二极管有相似的P-N接面结构，而其差异主要是半导体激光具有一对镜面做为共振腔。目前激光二极管的种类很多，而且结构变化快速。以下介绍几种主要的结构。 

    （1）单异质结构︰早期的激光二极管，P和N型都是同质的半导体，称为均质激光。因对光及注入电流的控制太差，且只能在低温下操作，因此实用性不佳。单异质结构（single heterostructure）激光就是针对均质激光的缺点而发展出来的，其中反应区域是由不同材质的P型和N型所形成。例如，若以P型砷化镓为材质，则反应区域的两边分别由不同电性但相同材料N型砷化镓，以及由能隙较大的不同材料如P型砷化铝镓所构成，因为只有一边是异质结构，所以称为单异质结构。这种异质接面对注入的电荷有相当的局限作用，而且，因折射率的差异，可防止激光从异质接面脱逃，因此效率大增。不过它只对一边有所助益，效益仍不高。 

    （2）双异质结构︰双异质结构（double heterostructure）反应区两边都由能隙较大的材料所组成，例如，P型砷化镓活性层是夹在P型砷化铝镓和N型砷化铝镓之间，由于砷化铝镓可以同时限制注入电流的电子与电洞，而且两面可防止激光由共振腔周围逸散，因而提高其效率，目前商品化的半导体激光，多采用这种结构。 

    （3）量子井结构︰当双异质结构的活性层厚度减到约只有100埃左右时，电子的波动性质将会较显著，此时必须考虑量子效应。活性层可视为一量子井（quantum well），载子（电子或电洞）的能量由连续的分布转变成为几个特定值的能阶。而且活性介质层厚度愈薄，波长愈短，所以可发展成可见光激光二极管。 

    （4）垂直共振腔面射型激光︰另一类发展迅速的激光二极管是垂直共振腔面射型激光（vertical cavity surface emitting laser），由于它的共振腔非常短，增益物质（gain media）少，输出功率也受到极大的限制，典型的垂直共振腔面射型激光输出功率在1毫瓦左右。但因其输出光束呈圆形对称，易于与光纤耦合，又方便制作垂直共振腔面射型激光数组，未来可望取代部分低功率的边射型激光二极管，使系统价格再降低，远景看好。其中850奈米的垂直共振腔面射型激光已在1997年上市 ，并在1998年开始进入各种局域网络（LAN）中，获得如「光纤频道」（fiber channel）和「千兆位以太网络」等千兆位级传输模块的标准所采用，进行短距离的大量信息传输工作。