現(xiàn)以砷化鎵(GaAs)激光器為例,介紹注入式同質(zhì)結激光器的工作原理。
c[f 1.注入式同質(zhì)結激光器的振蕩原理。由于半導體材料本身具有特殊晶體結構和電子結構,故形成激光的機理有其特殊性。
}"E?#&^ (1)半導體的能帶結構。半導體材料多是晶體結構。當大量原子規(guī)則而緊密地結合成晶體時,晶體中那些價電子都處在晶體能帶上。價電子所處的能帶稱價帶(對應較低能量)。與價帶最近的高能帶稱導帶,能帶之間的空域稱為禁帶。當加外電場時,價帶中電子躍遷到導帶中去,在導帶中可以自由運動而起導電作用。同時,價帶中失掉一個電子,則相當于出現(xiàn)一個帶正電的空穴,這種空穴在外電場的作用下,也能起導電作用。因此,價帶中空穴和導帶中的電子都有導電作用,統(tǒng)稱為載流子。
u+kXJ (2)摻雜半導體與p-n結。沒有雜質(zhì)的純凈半導體,稱為本征半導體。如果在本征半導體中摻入雜質(zhì)原子,則在導帶之下和價帶之上形成了雜質(zhì)能級,分別稱為施主能級和受主能級。
!'[f!vsyM{ 有施主能級的半導體稱為n型半導體;有受主能級的半導體稱這p型半導體。在常溫下,熱能使n型半導體的大部分施主原子被離化,其中電子被激發(fā)到導帶上,成為自由電子。而p型半導體的大部分受主原子則俘獲了價帶中的電子,在價帶中形成空穴。因此,n型半導體主要由導帶中的電子導電;p型半導體主要由價帶中的空穴導電。
O$<kWSC 半導體激光器中所用半導體材料,摻雜濃度較大,n型雜質(zhì)原子數(shù)一般為(2-5)×1018cm-1;p型為(1-3)×1019cm-1。
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