半导体激光器的最新进展及应用现状

文/常坤

图1：半导体激光器质结分析

1　半导体激光器综述

半导体激光器俗称激光二极管，因为其用半导体材料作为工作物质的特性所以被称为半导体激光器。其通过对工作物质的激励，从而实现粒子流的反转，并且当粒子数反转的时候，其中大量的电子通过与空穴进行复合，从而产生受激发射作用。

一般半导体激光器的常用工作物质主要有GaAs、CdS、InP、ZnS等，并且根据不同的工作物质主要有三种激励方式：电注入，pump式和高能电子束激励。电注入是半导体激光器，一般由GaAS、CdS、InP、ZnS等工作物质作为主要材料，制成半导体面结型二极管，在受到电注入时，沿着正向偏压注入的电流，对工作物质进行激励，从而在节平面区域产生受激发射。Punp式激光器，一般由晶体中掺入受主杂的的以空穴为载流子的锗单晶（P型半导体单晶）或以电子为载流子的锗单晶（N型半导体单晶）作未工作物质，并通过其他激光器发出的机关作pump激励，从而实现种群反演。高能电子束激励式半导体激光器，一般在工作物质的选择上与pump式激光器相似，也是选用半导体锗单晶，但值得注意的问题是，在P型半导体单晶的选择上高能电子束激励式半导体激光器主要以PbS。CbS和ZnO为主。

半导体激光器材根据质结的差异可以分为相同、单一和双差异结构几种，其差异分布如图1所示。

其中同质激光器和单异质激光器在室温中的应用多为脉冲期间，而双异质激光器则可以实现连续工作，因此性能更好的双异质激光器拥有更广的应用范围，其中更是以双异质的电注入式GaAs二极管发光器的应用更为广泛。

双异质激光器又称为DH激光器，有图1可清晰观察到，其主要为三层不同类型的工作物质构成。通过包裹于窄带隙的P型半导体（有源层）的两侧的宽带隙的P型和N型半导体组成的限制层，作为反射镜从而构成了F-P谐振腔。

2　半导体激光器的发展

激光二极管（LD）在材料科学以及半导体物理学的不断发展下，在半导体激光器中采用了QW和SL-QW等全新的结构，并通过折射率对布拉格发射器以及对布拉格发射器的增强调制的新技术，在结构与技术个新的同时还发发展了分子束外延、金属有机化合物化学气相沉淀以及Chemical-Biology Engineering等全新的晶体生长技术，从而为QW和SL-QW提供优质的材料。伴随着这些技术的全面发展，从而使得激光二极管，自身阈值电流有大幅度降低，并且转换效率也不断提高，伴随着输出功率的提高，也大大增加了LD的使用寿命。

就半导体激光器的发展，近年来用于信息技术领域的小功率半导体激光器发展极快。如用于光纤通信的DFB和动态单模的激光二极管以及在光盘处理中大量应用的可见光波长的激光二极管，甚至是超短脉冲的激光二极管都得到了大幅度的革新性进步。小功率激光二极管其自身还拥有这高集成、高速率以及可调谐的发展特征。

大型高功率半导体激光器的发展速度也不断加快。在上世纪八十年代，独立的激光二极管的输出功率已经在100mW以上，并达到了39%的转化效率。等到了90年代，美国人又一次将指标提高一个新的水平，达到了45%的转化效率，就输出功率来看，也从W到了KW级的转变。高效能大功率的半导体激光器也迅速发展为全固化激光器，从而使得LDP固体激光器获得了全新的发展机遇和前景。

3　LD的应用现状

3.1　半导体激光器在工业的应用

工业设备上的激光器多用于材料的切割和电路板的加工。由于激光器的高稳定性和高效能，从而使得其可以轻易的对工业材料进行精确的切割，并且在高频微博电路板的加工上，低波长的紫外激光也有不错的应用。

3.2　半导体激光器在军事的应用

小功率的半导体激光器由于自身体积小，寿命长且易于调制的特点，被广泛应用与激光制导和激光测距等领域。简单易行，并且取得了不错的效果。现在大功率半导体激光器的发展，也使其与军事领域大放异彩，激光雷达和激光模拟以及深海光通信，都得到了极大的发展。

4　结论

激光二极管（LD）在材料科学以及半导体物理学的不断发展下，在半导体激光器中采用了QW和SL-QW等全新的结构，并通过折射率对布拉格发射器以及对布拉格发射器的增强调制的新技术，在结构与技术个新的同时还发发展了分子束外延、金属有机化合物化学气相沉淀以Chemical-Biology Engineering等全新的晶体生长技术，从而为QW和SL-QW提供优质的材料。伴随着这些技术的全面发展，从而使得半导体激光器，自身的阈值电流有了大幅度降低，并且转换效率也不断提高，伴随着输出功率的提高，也大大增加了LD的使用寿命。在半导体激光器的不断发展的同时，其在现有的应用领域中广泛应用的基础上，必将拥有更为广阔的前景。