半導(dǎo)體激光器是用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器，由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異，不同種類產(chǎn)生激光的具體過(guò)程比較特殊。常用工作物質(zhì)有砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。

半導(dǎo)體激光器的原理

　　半導(dǎo)體激光器根據(jù)固體的能帶理論，半導(dǎo)體材料中電子的能級(jí)形成能帶。高能量的為導(dǎo)帶，低能量的為價(jià)帶，兩帶被禁帶分開(kāi)。引入半導(dǎo)體的非平衡電子-空穴對(duì)復(fù)合時(shí)，把釋放的能量以發(fā)光形式輻射出去，這就是載流子的復(fù)合發(fā)光。

　　一般所用的半導(dǎo)體材料有兩大類，直接帶隙材料和間接帶隙材料，其中直接帶隙半導(dǎo)體材料如GaAs(砷化鎵)比間接帶隙半導(dǎo)體材料如Si有高得多的輻射躍遷幾率，發(fā)光效率也高得多。

　　半導(dǎo)體復(fù)合發(fā)光達(dá)到受激發(fā)射(即產(chǎn)生激光)的必要條件是：

　?、倭Ｗ訑?shù)反轉(zhuǎn)分布分別從P型側(cè)和n型側(cè)注入到有源區(qū)的載流子密度十分高時(shí)，占據(jù)導(dǎo)帶電子態(tài)的電子數(shù)超過(guò)占據(jù)價(jià)帶電子態(tài)的電子數(shù)，就形成了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。

　?、诠獾闹C振腔在半導(dǎo)體激光器中，諧振腔由其兩端的鏡面組成，稱為法布里-珀羅腔。

　　③高增益用以補(bǔ)償光損耗。諧振腔的光損耗主要是從反射面向外發(fā)射的損耗和介質(zhì)的光吸收

　　半導(dǎo)體激光器是依靠注入載流子工作的，發(fā)射激光必須具備三個(gè)基本條件：

　　①要產(chǎn)生足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，即高能態(tài)粒子數(shù)足夠的大于處于低能態(tài)的粒子數(shù);

　　②有一個(gè)合適的諧振腔能夠起到反饋?zhàn)饔?，使受激輻射光子增生，從而產(chǎn)生激光震蕩;

　?、垡獫M足一定的閥值條件，以使光子增益等于或大于光子的損耗。

　　半導(dǎo)體激光器工作原理是激勵(lì)方式，利用半導(dǎo)體物質(zhì)(即利用電子)在能帶間躍遷發(fā)光，用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個(gè)平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋，產(chǎn)生光的輻射放大，輸出激光。

半導(dǎo)體激光器工作特性

　　1、閾值電流：

　　當(dāng)注入p-n結(jié)的電流較低時(shí)，只有自發(fā)輻射產(chǎn)生，隨電流值的增大增益也增大，達(dá)閾值電流時(shí)，p-n結(jié)產(chǎn)生激光。影響閾值的幾個(gè)因素：

　?、倬w的摻雜濃度越大，閾值越小。

　?、谥C振腔的損耗小，如增大反射率，閾值就低。

　?、叟c半導(dǎo)體材料結(jié)型有關(guān)，異質(zhì)結(jié)閾值電流比同質(zhì)結(jié)低得多。目前，室溫下同質(zhì)結(jié)的閾值電流大于30000A/cm2;單異質(zhì)結(jié)約為8000A/cm2;雙異質(zhì)結(jié)約為1600A/cm2?，F(xiàn)在已用雙異質(zhì)結(jié)制成在室溫下能連續(xù)輸出幾十毫瓦的半導(dǎo)體激光器。

　?、軠囟扔?，閾值越高。100K以上，閾值隨T的三次方增加。因此，半導(dǎo)體激光器Z好在低溫和室溫下工作。

　　2、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，在結(jié)的垂直平面內(nèi)，發(fā)散角Zda，可達(dá)20°-30°;在結(jié)的水平面內(nèi)約為10°左右。

　　3、效率：

　　量子效率：η=每秒發(fā)射的光子數(shù)/每秒到達(dá)結(jié)區(qū)的電子空穴對(duì)數(shù);77K時(shí)，半導(dǎo)體激光器量子效率達(dá)70%-80%;300K時(shí)，降到30%左右。

　　功率效率η1=輻射的光功率/加在激光器上的電功率;由于各種損耗，目前的雙異質(zhì)結(jié)器件，室溫時(shí)的η1Zgao10%，只有在低溫下才能達(dá)到30%-40%。

　　4、光譜特性：

　　由于半導(dǎo)體材料的特殊電子結(jié)構(gòu)，受激復(fù)合輻射發(fā)生在能帶(導(dǎo)帶與價(jià)帶)之間，所以激光線寬較寬，半導(dǎo)體激光器，室溫下譜線寬度約為幾納米，可見(jiàn)其單色性較差。

半導(dǎo)體激光器與其他激光器的區(qū)別

　　工作原理上，半導(dǎo)體激光器和其他激光器并無(wú)區(qū)別，而要實(shí)現(xiàn)實(shí)際輻射光放大，則需滿足粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和原子分子閾值條件，即高能帶的粒子數(shù)多于低能帶，同時(shí)反轉(zhuǎn)數(shù)產(chǎn)生的增益又大于損耗。因此半導(dǎo)體激光器和其他激光器的區(qū)別主要反映在能級(jí)上，例如氣體固體激光器是依賴于其分離能級(jí)間的躍遷。而半導(dǎo)體激光器依賴于一種晶體結(jié)構(gòu)構(gòu)造的能帶間躍遷，即導(dǎo)帶和價(jià)帶的躍遷。