半导体激光器的结构原理和应用分类解析

半导体激光器的简介：半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器，由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊。常用工作物质有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器在室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。半导体激光器的结构和工作原理分析现以砷化镓(GaAs)激光器为例，介绍注入式同质结激光器的工作原理。1.注入式同质结激光器的振荡原理。由于半导体材料本身具有特殊晶体结构和电子结构，故形成激光的机理有其特殊性。(1)半导体的能带结构。半导体材料多是晶体结构。当大量原子规则而紧密地结合成晶体时，晶体中那些价电子都处在晶体能带上。价电子所处的能带称价带(对应较低能量)。与价带最近的高能带称导带，能带之间的空域称为禁带。当加外电场时，价带中电子跃迁到导带中去，在导带中可以自由运动而起导电作用。同时，价带中失掉一个电子，则相当于出现一个带正电的空穴，这种空穴在外电场的作用下，也能起导电作用。因此，价带中空穴和导带中的电子都有导电作用，统称为载流子。(2)掺杂半导体与p-n结。没有杂质的纯净半导体，称为本征半导体。如果在本征半导体中掺入杂质原子，则在导带之下和价带之上形成了杂质能级，分别称为施主能级和受主能级。有施主能级的半导体称为n型半导体;有受主能级的半导体称这p型半导体。在常温下，热能使n型半导体的大部分施主原子被离化，其中电子被激发到导带上，成为自由电子。而p型半导体的大部分受主原子则俘获了价带中的电子，在价带中形成空穴。因此，n型半导体主要由导带中的电子导电;p型半导体主要由价带中的空穴导电。半导体激光器中所用半导体材料，掺杂浓度较大，n型杂质原子数一般为(2-5)×1018cm-1;p型为(1-3)×1019cm-1。在一块半导体材料中，从p型区到n型区突然变化的区域称为p-n结。其交界面处将形成一空间电荷区。n型半导体带中电子要向p区扩散，而p型半导体价带中的空穴要向n区扩散。这样一来，结构附近的n型区由于是施主而带正电，结区附近的p型区由于是受主而带负电。在交界面处形成一个由n区指向p区的电场，称为自建电场。此电场会阻止电子和空穴的继续扩散。(3)p-n结电注入激发机理。若在形成了p-n结的半导体材料上加上正向偏压，p区接正极，n区接负极。显然，正向电压的电场与p-n结的自建电场方向相反，它削弱了自建电场对晶体中电子扩散运动的阻碍作用，使n区中的自由电子在正向电压的作用下，又源源不断地通过p-n结向p区扩散，在结区内同时存在着大量导带中的电子和价带中的空穴时，它们将在注入区产生复合，当导带中的电子跃迁到价带时，多余的能量就以光的形式发射出来。这就是半导体场致发光的机理，这种自发复合的发光称为自发辐射。要使p-n结产生激光，必须在结构内形成粒子反转分布状态，需使用重掺杂的半导体材料，要求注入p-n结的电流足够大(如30000A/cm2)。这样在p-n结的局部区域内，就能形成导带中的电子多于价带中空穴数的反转分布状态，从而产生受激复合辐射而发出激光。2.半导体激光器结构。其外形及大小与小功率半导体三极管差不多，仅在外壳上多一个激光输出窗口。夹着结区的p区与n区做成层状，结区厚为几十微米，面积约小于1mm2。半导体激光器的光学谐振腔是利用与p-n结平面相垂直的自然解理面(110面)构成，它有35的反射率，已足以引起激光振荡。若需增加反射率可在晶面上镀一层二氧化硅，再镀一层金属银膜，可获得95%以上的反射率。一旦半导体激光器上加上正向偏压时，在结区就发生粒子数反转而进行复合。半导体激光器的分类及应用：半导体激光器的分类有多种方法。按波长分：中远红外激光器、近红外激光器、可见光激光器、紫外激光器等;按结构分：双异质结激光器、大光腔激光器、分布反馈激光器、垂直腔面发射激光器;按应用领域分：光通信激光器、光存储激光器、大功率泵浦激光器、引信用脉冲激光器等;按管心组合方式分：单管、阵列(线阵、面阵);按注入电流工作方式分：脉冲、连续、准连续等。半导体激光的应用十分广泛，如激光切割，激光焊接，激光打标，激光打孔，激光雕刻，激光医疗，激光美容，激光显示，激光全息，激光照排，激光制冷，激光检测以及激光测量等等。了解更多的家居建材和装修的知识详情郴州装修网！

led二极管发光原理简析

led二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。它的英文是LightEmittingDiode。由镓(Ga)与砷(As)、磷(P)、氮(N)、铟(In)的化合物制成的二极管。LED二极管现在应用非常广泛，生活中也随处可见它的身影。但是它的发光原理是什么呢?今天小编就为大家揭秘。LED二极管的基本结构是一块半导体材料，放在一个有引线的架子上，然后在周围用环氧树脂密封起来，可以起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。LED二极管的核心是P型半导体和N型半导体，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称作PN结。其发光原理可以用PN结的结构来做解释。LED二级管发光原理如下图所示，因为制作半导体发光二极管的半导体材料是重掺杂的，二极管内部有P区N区之分，所以导致热平衡状态下的N区有很多易迁移的电子，P区有较多的不易迁移的空穴。在常态下及PN结阻挡的情况下，空穴和电子不能发生自然复合，但是当给PN结加以正向电压时，由于外加电场方向与势垒区的自建电场方向相反，破坏了PN结的动态平衡，产生了少数的载流子。空穴从P区迁移至N区，同样电子从N区迁移到P区，产生少数载流子将同该区的多数载流子复合，将多余的能量以光的形式辐射出去.二极管就发出光了。以下是传统发光二极管所使用的无机半导体物料和所它们发光的颜色铝砷化镓(AlGaAs)-红色及红外线铝磷化镓(AlGaP)-绿色磷化铝铟镓(AlGaInP)-高亮度的橘红色，橙色，黄色，绿色磷砷化镓(GaAsP)-红色，橘红色，黄色磷化镓(GaP)-红色，黄色，绿色氮化镓(GaN)-绿色，翠绿色，蓝色铟氮化镓(InGaN)-近紫外线，蓝绿色，蓝色碳化硅(SiC)(用作衬底)-蓝色硅(Si)(用作衬底)-蓝色(开发中)蓝宝石(Al2O3)(用作衬底)-蓝色zincselenide(ZnSe)-蓝色钻石(C)-紫外线氮化铝(AlN),aluminiumgalliumnitride(AlGaN)-波长为远至近的紫外线看完这些，是不是知道了led二极管的发光原理呢?下次看到五彩缤纷的led灯我们就可以自豪说出它的发光原理了。身边处处是智慧，用善于发现的眼睛去感受吧。