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半导体激光器是怎么发展到现在的? - 华鹏艾伟激光配件

文章来源:华鹏艾伟官网   发布时间:2018-08-16   访问量:7653
世界上第一只半导体激光器是1962年问世的,经过几十年来的研究,半导体激光器得到了惊人的发展,它的波长从红外、红光到蓝绿光,被盖范围逐渐扩大,各项性能参数也有了很大的提高,其制作技术经历了由扩散法到液相外延法(LPE),气相外延法(VPE),分子束外延法(MBE),MOCVD方法(金属有机化合物汽相淀积),化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺。

半导体激光器又称激光二极管,是用半导体材料作为工作物质的激光器。半导体二极管激光器是最实用最重要的一类激光器。它体积小、寿命长,并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容,因而可与之单片集成。并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点,半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用。那么它的发展历程是怎么样的呢?华鹏艾伟为您揭开这个时间史。


世界上第一只半导体激光器是1962年问世的,经过几十年来的研究,半导体激光器得到了惊人的发展,它的波长从红外、红光到蓝绿光,被盖范围逐渐扩大,各项性能参数也有了很大的提高,其制作技术经历了由扩散法到液相外延法(LPE),气相外延法(VPE),分子束外延法(MBE),MOCVD方法(金属有机化合物汽相淀积),化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺。


其激射闭值电流由几百mA降到几十mA,直到亚mA,其寿命由几百到几万小时,乃至百万小时从最初的低温(77K)下运转发展到宰la下连续工作。输出功率由几毫瓦提高到千瓦级(阵列器件)它具有效率高、体积小、重量轻、结构简单、能将电能直接转换为激光能、功率转换效率高(已达10%以上、最大可达50%)。便于直接调制、省电等优点,因此应用领域日益扩大.目前,固定波长半导体激光器的使用数量居所有激光器之首,某些重要的应用领域过去常用的其他激光器,已逐渐为半导体激光器所取代。



20世纪60年代初期的半导体激光器是同质结型激光器,它是在一种材料上制作的pn结二极管。在正向大电流注入下,电子不断地向P区注入,空穴不断地向1"1区注入。于是,在原来的pn结耗尽区内实现了载流子分布的反转,由于电子的迁移速度比空穴的迁移速度快,在有源区发生辐射、复合,发射出荧光,在一定的条件下发生激光。这是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。


半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器,它是由两种不同带隙的半导体材料薄层。如GaAs。GaAIAs所组成,最先出现的是单异质结构激光器(1969年)。单异质结注入型激光器(SHLD)是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP—N结的P区之内,以此来降低阀值电流密度,其数值比同质结激光器降低了一个数量级,但单异质结激光器仍不能在室温下连续工作。


1970年,实现了激光波长为9000A,室温连续工作的双异质结caAs—GaAIAs(砷化镓一镓铝砷)激光器。双异质结激光器(DHL)的诞生使可用波段不断拓宽,线宽和调谐性能逐步提高,其结构的特点是在P型和n型材料之间生长了仅有0。2tt。m厚的,不掺杂的,具有较窄能隙材料的一个薄层,因此注A。00载流子被限制在该区域内(有源区),因而注人较少的电流就可以实现载流子数的反转。在半导体激光器件中。目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。


随着异质结激光器的研究发展,加之由于MBE、MOCVD技术的成就,于是,在1978年出现了世界上第一只半导体量子阱激光器(QWL),它大幅度地提高了半导体激光器的各种性能。后来,又由于MOCVD、MBE生长技术的成熟,能生长出高质量超精细薄层材料,之后,便成功地研制出了性能更加良好的量子阱激光器,量子阱半导体激光器与双异质结(DH)激光器相比,具有阈值电流低、输出功率高,频率响应好,光谱线窄和温度稳定性好和较高的电光转换效率等许多优点。


从20世纪70年代末开始,半导体激光器明显向着两个方向发展,一类是以传递信息为目的的信息型激光器。另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。在泵浦固体激光器等应用的推动下,高功率半导体激光器(连续输出功率在100mw以上,脉冲输出功率在5W以上,均可称之谓高功率半导体激光器)在20世纪90年代取得了突破性进展,其标志是半导体激光器的输出功率显著增加。


20世纪90年代出现的面发射激光器(SEL)是一种在室温下可达到亚毫安的网电流8mW的输出功率和11%的转换效率的半导体激光器。20世纪90年代末,面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展,且已考虑了在超并行光电子学中的多种应用。980nm,850nm和780nm的器件在光学系统中已实现了实用化。


为了满足21世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量化以及军用装备的小型、高精度化等需要,半导体激光器在高速宽带LD、大功率ID,短波长LD,盆子线和量子点激光器、中红外LD等方面取得了一系列引人瞩目的成果。

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