第37卷 第9期中 国 激 光
V ol.37,N o.92010年9月
CHINESE JOURNAL OF LASERS
September,2010
文章编号:0258-7025(2010)09-2190-08
中国半导体激光器的历次突破与发展
(邀请论文)王启明
(中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点联合实验室,北京100083)
摘要 主要从半导体激光器第一、二、三次飞跃详尽介绍分析了中国半导体激光器的重大突破与发展。关键词 中国;半导体激光器;突破;发展
中图分类号 T N 248.4 文献标识码 A doi :10.3788/CJL 20103709.2190
Bre akthroughs and Deve lopments of Se miconductor
Lase r in China
(Invited Paper)
Wang Qiming
(Sta te key Join t L abor at or y f or In tegr at ed Optoelectr onics ,In stitu te of S em iconductor s ,Chin ese Aca dem y of Scien ces ,
Beijing 100083,Chin a )
Abstract Against the background of the first,sec ond and t hird leaps in the field of semiconductor lasers,a thorough a ccount and analysis is given on the major breakthroughs and developments of the semic onductor lasers in China.Key wo rds China;semic onductor laser;breakthroughs;developments
收稿日期:2010-06-28;收到修改稿日期:2010-07-10
作者简介:王启明(1934-),男,半导体光电子学专家,1991年被遴选为中国科学院院士。早期从事于半导体材料研制和物理测试研究,1970年至今一直从事半导体光电子学器件与应用技术研究,提出了半导体中非平衡载流子正弦态复合理论,发展了交变磁场光磁电效应测试方法,国内首次研制成功了1 105h 寿命半导体双异质结激光器,发现了双光丝自脉动效应和异质结界面电荷存储效应,发展了双区共腔光双稳激光器以及指导和推动了我国一系列量子阱光电子器件的发展等,主持并完成多项国家级重要科研项目,获多次国家级和中国科学院院级科技进步奖,1999年获何梁何利科技进步奖,2001年获中国光学学会、中国电子学会和中国通信学会联合颁发的国家光通信与集成光学杰出贡献奖。1994年至今致力于Si 基材料人工改性和光子集成器件研究,指导研究生创新研究出Si 基量子阱长波长窄带响应光电探测器和Ge/Si II 型量子点的生长。现在从事Si 基高效发光和提高Si 基光伏电池转换效率的研究,合作撰写有 光子学技术 、 半导体激光原理 等多部著作。
1 中国第一代半导体激光器的诞生
20世纪50年代后期,电子回旋共振技术得到了突破性的进展,发现电子在磁分裂能级间可能产生粒子数反转,国际科学界力图开发出新型大功率微波激射源微波相干振荡器,称之为M aser 。与此同时,国际光学界的科学家也提出了一种科学思想:如果把基质中分裂能级的能量间隔加大,移到光频域,就有可能在这样的能级体系中实现光受激发射和振荡,从而获得高强度的单色相干光输出。这一思想激励着国际著名实验室(如美国的Bell,Lab,IBM,RCA 和前苏联科学院列别捷夫研究所等)中的科学家们开展相当的实验探索。1960年,美国首
次研制成功第一台掺Cr 红宝石激光器,随后苏联的
巴索夫院士又以电子束抽运的方法在GaA s 半导体中首次实现了受激光发射。国际科技界这一重大突破立即引起了我国光学界和半导体界的极大关注。
1962年底及1963年春天,美国和前苏联都先后发表GaAs 半导体中通过P -N 结正向注入实现了受激光发射,开创了半导体激光的新领域。1963年夏中国科学院半导体研究所(简称中科院半导体所)和中国科学院长春精密机械与物理研究所,立即组织力量开展了半导体激光器的研究,经努力奋战,他们分别采用精密研磨技术突破了激光器谐振腔镜面的制作难关,同时在1963年12月底,成功地实现了
9期王启明: 中国半导体激光器的历次突破与发展
液H2(20K)温度下GaAs二极管的受激光发射,与当时国际发展的差距不到一年,是我国半导体激光领域发展的一个里程碑。
早期的半导体激光器是采用扩散掺杂方法在GaAs基片上获得足以使在正向注入的P-N结中达到粒子数反转分布的高掺杂浓度,即为通称的同质扩散结,然而这种扩散掺杂的P-N结,杂质分布比较平缓,电注入实现粒子数反转分布的效率很低,激光器只能在低温下脉冲方式运行,美国已有用液相外延方法研制有更陡直分布高掺杂外延P-N结的报道,阈值电流密度有了大幅度降低,中科院半导体所在王守武先生的领导和林兰英先生的支持下,随即开展了GaAs液相外延方法的研究,独立开展了谐振腔晶面解理技术,使注入效率和谐振腔Q值均得到很大改善,降低了阈值电流密度和提高了输出光功率,并随即开展了叠层大功率激光模块研究,实现了低温(LN2)77K脉冲功率达10W的运作,应用于早期的大气传输激光通信和激光夜视实验,受到中央领导的重视与表彰,为我国半导体激光器及其应用的发展奠定了重要的基础。
2 半导体激光器的第一次飞跃异
质结的引入与应用
同质结半导体激光器由于有源增益区两侧没有足够高的内部势垒存在,因而通过P-N结正向注入的非平衡载流子由于扩散效应在沿垂直P-N结方向有相当程度的弥散,这就导致实现粒子数反转分布的注入载流子的利用效率比较低,且对温度很敏感,这种激光器阈值电流密度高达105A/cm2量级,只能在低温(77K)下脉冲工作。外延同质结的生长,虽能掺入更高的杂质浓度,且有更陡变的分布,能在有源增益区的一侧形成内建场,对注入非平衡载流子的扩散在界面上起到了一定程度的阻挡作用,阈值电流密度有所降低,激光器已能在室温下工作,但仍然只能脉冲运行。
为了实现半导体激光器室温连续工作的目标, 1967年起,国际上对异质结构的研究开始活跃起来。GaAs/AlGaAs的单异质结构,由于高带隙的AlGaAs势垒可以阻挡载流子泄漏出GaAs有源区,使激光器的阈值电流及温度特性大有改善。中科院半导体所于1969年即开始进行单异质结构激光器的试制工作,1970年研制出了脉冲激射的单异质结激光器,其阈值电流密度由同质结的约4 105A/cm2降为约4 104A/cm2,光功率输出也较同质结大大提高,脉冲功率超过5W,最高达到20W。
1970年秋,美国Bell实验室首次报道用GaAs/ AlGaAs双异质(DH)结构实现人们梦寐以求的室温连续激射的激光器。为光通信和光计算的发展奠定了重要基础。这一热点课题立即引起了当时国内的重视。1972年冬,中国科学院向中科院半导体所正式下达 研制室温连续激光器 的重大任务,组成了 室温连续双异质结激光器 课题组,加强了研究力量。中国科学院上海光学精密机械研究所(简称中科院上海光机所)、北京大学和中国科学院物理研究所也相继着手开展研究。
由于DH激光器中在GaAs增益有源区两侧引入了高带隙低折射率的AlGaAs势垒层,势垒限制作用增强,注入载流子的利用效率大幅度提高,这种DH结构又具有约束波导的功能,能把受激振荡光局限在有源区中,因此量子效率很高,阈值电流密度又有量级上的进一步降低。
经过改进H2纯化系统,设计多孔母液槽滑动的石墨舟以及采取质子轰击和O+2注入隔离等条形结构措施,1975年4月,终于首次实现了DH激光器的室温连续激射,但寿命极短,一闪即灭。经过反复实验和认真分析认识到提高外延材料的质量是关键,杂质沾污尤其是O2的沾污严重,使Al氧化,因而导致大量非辐射复合中心的产生。为确保长寿命激光器研究任务的顺利完成,紧抓两个关键问题:1)将气密性不够好易造成Al氧化而影响DH片质量的带玻璃磨口连接的气路系统,改为不锈钢管路系统;2)研制新型的高精度的程序控温外延炉。这套新系统的研制成功和启用,保证了室温连续激射的长寿命GaAs/A lGaAs双异质结激光器的突破。
条形隔离技术的研究和键合技术的改进也是关键环节之一,将大气烧铟键合工艺改为真空烧铟工艺,使器件热阻明显降低,有利于器件寿命的提高。
1978年,中科院半导体所终于突破了室温连续工作寿命千小时的门槛,为用于光纤通信1 105h 级半导体激光器的研制奠定了关键基础。
2.1 中国第一代光纤通信激光器(短波长长寿命
AlGaAs/GaAs DH激光器)的开拓
自1970年,华裔学者高琨先生在英国试制成功低损耗石英光纤之后,光纤通信的呼声越来越高。20世纪70年代,美国Bell实验室突破了半导体激光器的室温连续工作,20世纪70年代中期,国际上
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主要集中力量研究半导体激光器的连续工作寿命问题,对快退化和慢退化过程有了深刻的认识,有源材料中的缺陷和电极应力是问题的关键,通过大约3~ 4年的研究改进,终于突破了寿命的关口,实现了1 105h以上的工作寿命,从而为光纤通信的工程实用化发展奠定了基础。
由于长波长激光器尚未问世,第一代光纤通信的发展确立在石英光纤的第三个低损耗窗口(即0.85 m短波段),室温连续波工作的AlGaA s/ GaAs DH激光器为其关键器件,从通信应用的要求出发,必须严格保证激光器的长期工作可靠性,1 105h连续工作寿命的要求是一项极为严峻的任务,它涉及到对激光器退化机制的深入细致的研究,并找到解决器件退化的对策。
中科院半导体所的研究小组,系统深入地展开了对激光器退化机制的研究,并对快退化(百小时级)和慢退化(万小时级)规律的机制有了深刻的认识,分别在消除热应力和位错繁殖以及点缺陷的影响等方面采取了相应的有力措施,终于在1980年突破了1 105h室温连续波工作寿命的瓶颈,完成了国家和院领导交托的重大任务,为我国光纤通信的发展做出了重大贡献,同时也为光信息处理和光电子学的发展奠定了关键基础。
激光器在光纤通信系统中的应用必须解决与传输光纤高效率耦合的技术,在DH短波长激光器获得万小时级寿命突破之后,随即组织了光纤耦合小组,积极开展了高效率耦合技术的研究,并很快得到了突破,为光通信器件的实用化又迈出了重要的一步。
随后由北京市科委和北京市电信局联合主持开展了我国最早的一条光纤通信实验线路的应用研究,中科院半导体所提供短波长DH激光器和Si PIN探测器,成功地完成了连续几个月在北京市86局至89局间3.3km的市话通信试验。
与此同时中科院上海光机所和电子部永川44所也开展了短波长DH激光器的研制,从而拉开了我国光纤通信的序幕。
随着我国光纤通信的快速发展,对光电子器件的需求不断提高。面对国家发展的需要,中科院半导体所在DH长寿命激光器取得突破后,随即向电子部永川光电技术所,邮电部武汉邮电研究院和长春半导体厂进行无偿推广。1991年,中科院半导体所也在廊坊的半导体所中间工厂进行小规模生产,使此项技术更趋成熟。2.2 中国第二代光通信激光器(1.3 m长波长
InGaAsP/InP多模激光器)的开拓
随着光纤技术的迅速发展,又发现了更低损耗的窗口在1.3 m和1.55 m波长范围。1.55 m 波长是最低损耗窗口,损耗低达0.25dB/km,而次低损耗窗口在1.3 m波长范围,它又是一个零色散区,对当时采用的多模传输方式不存在色散延迟,因而适宜高速率长距离传输。
从1973年开始,光纤通信界的注意力已向长波长方向转移。关键在于需要开发出长寿命的长波长半导体激光器。当时国外已有人从理论上提出采用与InP材料匹配的四元系InGaAsP混晶,实现发射波长从0.92 m到1.7 m的长波长激光器的研究设想。
1977年,当时在美国林肯实验室工作的华裔学者谢肇鑫先生首先采用液相外延方法研制出了室温连续工作的发射波长为1.3 m的InGaAsP/InP DH激光器,1979年又研制成功1.55 m发射波长的InGaAsP/InP DH激光器,至此与2个最低损耗石英光纤窗口匹配的激光器均已研制成功。下一步将是解决长寿命工作的问题。
中科院半导体所以及随后电子部第13研究所以及中国科学院上海冶金研究所等从1979年下半年开始就着力于长波长半导体激光器的研究。中科院半导体所创新研制了低热惯性的透明液相外延炉并解决了InP衬底的低损伤磨抛工艺和四元混晶组分的匹配调整,于1981年底实现了1.3 m波长的室温连续波激射,1982年王启明同志应邀在美国召开的第一届IOOC-82大会上在题为 中国的光通信 报告中报道了我国的最新进展,受到国际同行的密切关注。随后进一步开展窄条形结构研究,并于1985年将阈值电流降低到30mA,寿命达3 104h 以上,初步满足了第二代长波长多模光通信的需求。
随着光纤中H2,O2根离子的有效去除,石英光纤在1.55 m波段的最低损耗窗口已趋成熟, 1.55 m波长半导体激光器的研制已成为紧迫的研究课题,但难度更大。中科院半导体所的研究组,创新采用了许多有力的措施,如采用1.3 m材料作掩膜层阻止了在外延生长中Ga熔剂对1.55 m有源区的回溶腐蚀,采用耐高电压的PN PN电流隔离手段,把生长温度降低到590 ,避免衬底材料的热分解并调整组分使异质匹配度优于5 10-4,以及优化了有源层厚度以保证单横模工作等,终于在1988年4月实现了InGaAsP/InP DH激光器的室
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温连续波激射,阈值电流小于20m A,线性输出功率大于10mW,室温连续波工作寿命超过了1 105h,达到了当时的国际先进水平,推动了我国第二代(长波长多模)光通信的发展。
2.3 中国第三代光通信激光器(1.55 m长波长、
单模激光器)的开拓
20世纪80年代,光纤通信的发展已确定在长波长技术基础上,并迅速向大容量、长距离的方向发展。由于当时1.55 m半导体激光器为多纵模发射,避免不了色散延迟,阻碍了传输容量的提高。因此,初期的注意力放在1.3 m的零色散窗口的利用,但1.3 m窗口的传输损耗比1.55 m窗口大,因而又限制了中继距离的扩展。因此在大容量、长距离干线光通信发展中存在着二者不可兼得的矛盾。这就需要在1.55 m最低损耗窗口发展一类动态单纵模的新型半导体激光器,国外曾经有过多种途径的探索。
半导体激光器的多纵模发射特性是由于当时构成激光器的谐振腔是一对由解理面组成的法布里-珀罗(F-P)腔,而半导体有源区的增益谱又宽达几十纳米。因此,F-P腔的振荡除了基模外,还有高阶模的存在,其包络半宽也有几个纳米,这就避免不了色散延迟效应的产生。
半导体有源区的宽增益谱是半导体能带工作机制所固有的,因此解决这一问题的关键就是把锐响应谱的布拉格(Br ag g)光栅技术引入到半导体激光器中,如以Bragg光栅代替F-P腔面,做成分布Brag g反射(DBR)激光器,或在有源区中引入Br ag g 光栅结构,做成分布反馈的无腔面分布反馈(DFB)激光器。二者都比F-P腔激光器有更窄的发射谱,甚至可以保证实现动态单纵模的发射。
20世纪70年代初,这种新型半导体激光器就由美国Bell实验室的K.Kogelnik和加州大学的王适先生提出。
当时担任中科院半导体所激光研究室主任的庄蔚华同志敏锐地注意到这一新的发展动向,其关键在全息光栅在半导体基片上的制备技术,早在1976年初就组织了全息光栅研制小组,做了大量基础性工作,为后来中科院半导体所开展DFB半导体激光器的研制奠定了关键技术基础。
1987年 国家科技发展计划 (863计划)信息领域光电子主题专家组已认识到DFB激光器在未来大容量光纤通信中的关键性重要地位,着手部署了预研性课题在若干单位起动,中科院半导体所为其主要单位之一。由于受巴黎统筹会的禁运限制,当时得不到先进的金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)设备,因此在液相外延过程中,当InP/Ga溶液和InGaAsP固相光栅表面接触时存在严重的回溶问题,实现不了光栅的反馈结构。经过一系列的科学实验,找到了一种满意的抗回溶技术。1988年底,终于研制出一批边模抑制比在30dB以上的脊型波导1.55 m DFB激光器。我国自行研制的第三代光通信动态单纵模长波长DFB激光器在中科院半导体所诞生了,它为我国长距离、大容量光纤通信的迅猛发展做出历史性的重大贡献。
2.4 双稳态半导体激光器的发展
双稳激光器具有光探测、数字放大、整形限幅、存储、开关、逻辑等功能。1964年,https://www.doczj.com/doc/9c5313833.html,sher(美国IBM)提出了利用激光器有源区可饱和吸收效应研制半导体双稳态激光器的原理。1972年,N.G. Basov(前苏联列别捷夫研究所)提出用双稳激光器实现光逻辑的设想。限于当时材料及器件水平,研究进展不大,直到1981年,H.Kaw ag uchi(日本N. T.T),A.Yariv(美国加州理工)等从实验上较为深入地开始制备器件,对其稳态特性、动态特性进行研究。中科院半导体所的研究组1980年开始利用液相外延及M OCVD技术制备GaAs/GaAlAs, GaInAsP/InP双稳激光器,他们采用一种共腔双区(CCT S)结构,其中一部分为增益激射区,另一部分则为吸收损耗区,二者电学上隔离,光学上连通,利用吸收区的可饱和吸收非线性特性,利用CCTS激光器的Q开关效应实现了光双稳态的迴滞特性。从而获得了光双稳态的激光输出,对光数字运算和光随机存储的发展有重要意义。
基于对CCTS的操控运作,他们还发现了零增益锁定的单纵模整形发射,锁模皮秒窄脉冲光压缩、超长延迟和光输出混沌特性、波长变换特性,并提出了相关注入压缩光脉冲的新概念。上述创新成果受到国际同行的关注与好评,王启明同志三次在国际半导体激光会议上应邀作了大会报告,在国际学术界产生了较大影响,为数字光电子信息处理技术的发展奠定了重要基础。
3 半导体激光器的第二次飞跃量
子阱能带工程的引入与应用
1970年,美国IBM公司的江琦和朱兆祥先生从微波源器件的发展需求出发,第一次提出了超晶
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格量子阱的概念。20世纪70年代中期Bell实验室创建的分子束外延(MBE)技术和Dupuis与Dapkus创建的MOCVD技术有了成功的发展,实验研究工作迅即活跃开展起来。而其代表性的应用成就体现在量子阱结构的引入,促使半导体激光器产生重大的飞跃,此后许多光电子器件也都在量子阱结构的基础上得到迅猛的发展。
由于M BE,M OCV D技术能够实现原子层厚度的超薄层可控生长,于是可以在DH结构中,把低能隙的有源增益区势阱做得很薄,如10nm以下,它与势阱中电子的德布罗意波波长(或电子自由程)相当,那么局限在阱中的电子在沿垂直阱壁方向的运动就呈现出波的特性,电子能量将由经典的准连续分布转变为分立能级的量子化状态。于是DH结构的势阱就成为量子阱。
由于量子阱中电子能量呈量子化分布,它导致体材料呈现出未曾有过的重要新特征。如阶梯状的电子态密度分布,以及发射波长的可调整蓝移,量子阱中的光增益谱形状及其动力学行为也都呈现出明显的优化。这就使得人们利用量子阱结构可将激光器阈值电流密度大幅度降低,激射光束变窄,温度系数变小,响应速度提高,而且可以通过阱的结构调整,在一定范围内获得人们所需要的激射波长。量子阱的引入,可以说是一种对体材料带隙结构的人工优化改性,无疑对光电子器件的发展产生深远的影响。
3.1 中国量子阱激光器的系列性突破
1975年,国外就已开展量子阱激光器研究,初期,由于M BE技术尚未完全成熟,进展不大。1981年,美国Bell实验室曾焕添先生等人,在对MBE生长工艺深入掌握的基础上,第一次成功地研制出阈值电流密度低达160A/cm2的量子阱激光器,比通常的DH激光器阈值电流密度又降低了10倍,从而引发了量子阱激光器与量子阱光电子学的研究热潮。
20世纪70年代中期,在王守武先生的指导下,中科院半导体所就组成了MBE生长研究组,与中国科学院沈阳科仪厂合作开展了MBE设备的研制,为我国量子阱激光器的发展打下了基础,1975年在中科院半导体所内组成了量子阱激光器研究组,在与MBE研究组的密切合作下,于1987年国内首次实现了AlGaAs/GaAs量子阱激光器的室温脉冲激射,从而揭开了我国量子阱激光器与量子阱光电子器件研究的序幕,1989年激射阈值低达1.55mA,是当时国际最好水平之一,受到国际同行的关注与好评。
1986年,国外提出了应变量子阱的新概念。即只要控制在应变限度的范围内,即使对晶格失配较大的材料系,仍不会有失配位错产生,而在应变层内由于晶格的畸变会产生相当强的内建应力场,它可以是压应力场,也可以是张应力场。内建应力场的存在将对材料的价带结构产生人构改性,例如:轻、重空穴带的退简并及移动和带隙的增大或减小,空穴有效质量的各向异性等。幸运的是这些价带特性的人构改性,几乎也都对半导体激光器和光电子器件性能的优化带来了很大的好处,从而为量子阱光电子学的发展又进一步拓展了新天地。
20世纪80年代中后期,单原子层精确控制生长技术已相当成熟,完全能够实现应变层的可控生长。于是失配型的应变量子阱激光器和光电子器件得到迅速发展,尤其对半导体激光器的大功率激光输出带来了根本性变革。于是中科院半导体所于1995年研制成功了980nm波长基横模运行,几十毫瓦输出的压应变量子阱激光器,1997年80m W 输出大功率激光器寿命突破了1 104h。1999年则达120mW1 105h,为掺Er光纤放大器(EDFA)的发展提供了高效的实用化的抽运光源,与此同时,其于单量子阱结构的808nm波长的大功率半导体激光器也研发成功,从而为全固化超大功率输出激光器的自主发展奠定了关键基础,开拓了大功率半导体激光器及其应用的重要新领域。
量子阱能带工程的应用使半导体激光器的波长覆盖面大为展宽,尤其是向短波方向的衔接性发展,红光、黄光半导体激光器也先后在中科院半导体所和海特光电子公司研制成功,对推动海量光存储和DVD技术的发展起到了推动作用。在我国863计划的支持和推动下,大约历经10年的开拓我国量子阱激光器的研发已登上系列化的高度,取得了与国际同步发展的态势。
3.2 垂直腔面发射型半导体激光器
1977年,日本东京工业大学以K.Ig a教授为首的研究小组首次提出了垂直腔面发射激光器(VCSEL)的概念。但由于这种激光器的增益区长度极短(小于1 m),激射条件十分苛刻,因此该项研究长期停滞不前。1985年,由于量子阱工程的成熟,使单程光增益大幅度提高,1988年美、日研究小组先后首次报道实现了波长为0.86 m的GaAs/ GaA lAs系列V CSEL的室温连续工作。
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垂直腔面发射激光器有许多优点:由于它沿垂直于衬底片的方向发光,特别适合于作二维阵列光源;它的谐振腔很短,模间距很大,可以实现动态单纵模工作;而器件截面积很小,可以得到极低的阈值,并做成高密度二维面阵;它的出射光场是圆形的,发散角小,光束很窄,可以提高与光纤的耦合效率。因此,它将可在光互连和光信息处理等方面得到重要应用。垂直腔面发射半导体激光器的优良特性引起了国内外同行的重视,但其制作工艺难度很大。
中科院半导体所经过5年研究,在以下方面取得了重要的研究进展。
开展了提高外延GaAs和GaAlAs材料质量的研究,确定合适的生长温度,V/III比,生长速率等生长参数,生长出了优质的器件级材料。创新地采用微区发射谱、光致发光和X射线双晶衍射法对生长结构进行检测,用红外高温计对M BE生长全过程进行在位生长监测。
采用二次钨丝交叉质子轰击,湿法腐蚀形成倒台面以及选择腐蚀、选择氧化等三种方法实现对注入器件电流的限制。采用四层结构台阶型DBR,降低了串联电阻。
1993年,首次在国内做出了GaInAs垂直腔面发射激光器。阈值电流为1~2m A,输出功率大于0.5mW。在 九 五 期间,得到国家863计划继续支持,经过3年的深入研究,掌握了制备GaInP红光VCSEL的技术,其中主要措施包括高质量的MOCVD外延材料生长技术,掺C技术,渐变DBR 生长技术,45 对称氧化技术,氮氧化硅膜保护技术等,又研制成功室温连续激射的红光垂直腔面发射激光器,阈值电流为0.25mA,工作波长为650~ 670nm,单管输出功率大于0.3m W。对高比特量DVD光盘的发展做出了重要贡献。
4 半导体激光器的第三次飞跃宽
带隙GaN基半导体激光器发展的新篇章
20世纪90年代后期,以M BE和MOCVD为代表的超薄层材料生长技术趋于成熟,基于量子阱和应变量子阱结构材料为基础的新型光电子器件及其集成技术得到了快速的发展。GaN基半导体激光器的发展为其代表。
国际上GaN研究工作始于20世纪70年代初,但由于外延材料的本底浓度降不下来,给P型材料的制备带来了极大的困难,直至1988年日本名古屋大学Akasaki采用低能电子束辐照技术激活P型杂质,使GaN的研究工作向前跨出了一大步。日本日亚公司的Nakamura用MOCVD法生长出高质量的GaN,InGaN和A lGaN材料,并深入研究了P型杂质的激活机理,成功地制备出GaN蓝光LED。该技术的突破引起很大震动,20世纪90年代在国际上迅速掀起了GaN研究的热潮。
我国的大学实验室和中国科学院、电子部研究所紧跟国际前沿发展的步伐,纷纷开展了跟踪性研究,做出了许多材料生长方面的基础性积累。鉴于GaN基属宽带隙材料,其发射波长可在蓝、绿、紫及紫外波段,从而可望使半导体激光器实现从近红外到紫外的全波段覆盖。对光存储、激光全色显示、水下通信与传输以及生物医疗技术的应用有巨大的潜力,因而是一片有待开拓的处女地。
中科院半导体所于1994年部署了GaN基材料生长及激光器研究,先后开展了以蓝宝石为衬底的六方相和以GaAs为衬底的立方相GaN基材料和GaInN/GaN量子阱结构的生长研究。立方相GaN/GaAs的研究取得了国际一流的创新成果,引起了国外同行的密切关注。
4.1 GaInN/GaN多量子阱蓝光激光器的突破
In在GaN母体中的优质拼入和高浓度P型掺杂的实现是材料生长的关键问题,它涉及有源增益材料的损耗,P-N结注入效率以及器件串联电阻和正向压降的降低。
由于蓝宝石衬底硬度大,晶面解理技术的采用成品率很低,激光器谐振腔制作难度极大是另一个关键问题,国外有人报道采用DBR腔面,但制作工艺比较复杂。
1997年日本日亚公司的Nakam ora首次报道InGaN多量子阱(MQW s)蓝光激光器实现室温连续波运行,并于1997年底工作寿命达到1 104h,从而展示了GaN基短波长激光器辉煌的发展前景,但许多关键技术均属国际专利垄断之列。
我国的科技研究人员在与国际先进水平存在相当差距的状况下,经过艰辛的努力,也取得了许多重要的突破,例如,P型高掺杂技术的掌握、高质量量子阱增益材料的生长等,中科院半导体所在充分掌握异质材料晶面物理特性的基础上,创新地突破了解理腔面制作的难关。北京大学物理系和中科院半导体所于2004年先后宣告实现了我国第一支
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中 国 激 光37卷
GaInN/GaN MQWs蓝光激光器,半导体则首次在国内实现室温脉冲激射,中心波长为410nm,半峰全宽(FWH M) 2.7nm,阈值电流300mA,相应阈值电流密度达5kA/cm2,为当时国内最好水平。目前单管输出功率已达120mW。
4.2 GaInNAs/GaN MQWs长波长激光器的发展
与熟知的III-V族半导体化合物不同, GaInNA s的禁带宽度具有非常大的弓形参数(20eV)。随着N含量的增加其禁带宽度迅速变窄,发光波长覆盖了0.9~ 1.7 m的整个光通信波段。GaInNA s/GaAs系材料的导带边偏差大于500meV,有效地抑制了载流子的泄漏,激子激活能很大,器件温度特性大大提高。随着N含量的增加,GaInNAs的晶格常数变小,使之与GaA s晶格匹配。GaInNAs材料的这一奇异特性,使十分成熟的GaAs/AlAs DBR结构与GaInNAs(1.3~ 1.55 m)结合的可一次性外延生长成为现实,为长波长垂直腔面发射激光器和谐振腔型窄带探测器(RCE)及其阵列研制开辟了新的途径。通过对DBR和垂直谐振腔的设计可以实现多波长、可调谐的发射和探测阵列。当N体积分数达到16%时,GaInNAs 将呈现金属特性,这将为光电集成技术的发展开拓出许多新的思路。
1999年,日立公司报道了1.3 m GaInNA s/ GaAs量子阱激光器的特征温度已达到215K,加速寿命试验已超过1000h(外推至1 105h),达到实用化程度。
中科院半导体所于1998年在国内首先开展了GaInNA s/GaN长波长激光器的研究,受设备条件的限制他们因地制宜采用直流等离子N源,将掺入到GaAs中的N体积分数提高到5%,创新研究了退火对消除材料缺陷的机制,使增益材料的光学质量得到显著改善,并于2000年首次实现1.3 m波长室温脉冲激射,阈值电流150mA,最大输出功率达30mW,接近当时国际先进水平。
1.55 m波长的GaInNAs/GaN量子阱激光器的研制,由于需要有更大的N和In组分在GaA s中的拼入,以达到更长波长的响应,同时又要求与GaAs衬底有很好的晶格匹配和优异的材料质量。国外虽已有实现激射发光的报道,但难度更大,离实用化要求还有很大差距。中科院半导体所的研究组创新采用在GaInNA s增益材料中掺入少量的第五个元素Sb,突破了优质材料生长的难关。2005年9月终于首次研制成功了GaInNAsSb/GaN MQ Ws 室温连续波运行的长波长激光器,中心波长为
1.58 m,阈值电流500mA,阈值电流密度低达
2.5kA/cm2,输出功率大于10m W,居国际先进前沿水平。从而为用于光通信领域GaN基长波长激光器及其光子集成芯片的发展奠定了极为重要的基础,使我国在第三代半导体激光器的发展领域中占据了相应的制高点地位,必将进一步推动我国光通信事业和光电子学领域的深远发展。
4.3 蓝、绿光GaN基垂直腔面发射激光器的突破
蓝绿光到紫外波段的VCSEL激光器的实现对海量光存储、光信息处理、大屏幕全色激光显示、生物医疗诊治、激光打印以及水下军事用途都有重大意义。VCSEL激光器不仅光束质量好,可实现高密度面阵集成,而就单管来说,产率高,成本低,易于推广。然而从蓝绿到紫外波段的发光有源材料为生长在蓝宝石衬底上的InGaN/GaN,如何在有源区腔体的上下端构建高反射率DBR腔面是一大难题。
1995年10月,美国AT MI公司Redw ing最先报道在蓝宝石衬底上生长的GaN发光腔体上下分别生长32对AlGaN/GaN DBR,首次实现了光抽运下的363.5nm VCSEL蓝紫光受激发射。由于AlGaN/GaN的失配应力,很难生长出低损耗、高质量的有源发光材料,光抽运阈值能量高,效率低。也有人采用诸如SiO2/H fO2,Ta2O5/SiO2介质膜DBR作腔反射面。这就需要对蓝宝石衬底采用激光剥离技术,通过瞬间高温与应力的机械效应,使GaN基材料从宝石衬底上脱落,但若掌控不好,会对激光材料带来巨大破坏,故工艺难度也不小。近15年间进展不快,只有美国、日本、俄国、瑞士和我国台湾交通大学有此研究工作的报道。第一支电注入蓝绿光VCSEL的实现是由我国台湾交通大学王兴宗教授的研究团队于2008年初成功报道的。77K下,连续电注入激射阈值电流密度为1.8kA/cm2。随后日本也报道实现室温连续激射。
我国厦门大学和中科院半导体所在2007年联合开展了GaN基蓝绿光VCSEL的研究,他们采用T a2O5/SiO2全介质膜DBR镜面,摸索出一套无损脱落的激光剥离技术,同时又创新采用不同阱宽非对称量子阱结构,适宜地扩展有源区增益谱半宽,从而解决了峰值增益与腔模的精确对准难题,提高了光场耦合利用效率。在2008年9月,实现了光抽运的受激发射,激射波长为449.5nm,阈值能量密度低达6.5mJ/cm2,为迄今光抽运激射最低阈值。目前他们又采用不同垒高不同阱宽的耦合量子阱结
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9期王启明: 中国半导体激光器的历次突破与发展
构,改善了注入载流子的输运效率,做出了室温直流工作的共振腔电注入发光管(RC-LED),离实现电注入GaN蓝光激射为期不远。
5 结束语
时代在发展,社会在前进,科学技术已成为第一生产力,推动社会发展的巨大动力,当今时代的特征是电子信息时代向光子信息时代的衔接与过渡,光子技术的威力还不限于此,它在新能源的开发和精密机械加工等事关社会发展的重大领域还有施展身手的广阔天地,有人说下一个时代将是 光子时代 。
高单色性、高准直性、高相干性、高功率密度的激光器是光子技术得以发展的关键基础,而半导体激光器则是激光大家族中的无可替代的佼佼者,正因如此在短短的50年中它已经历了几代的飞跃与突破性发展和卓有成就的应用,为人类社会的发展做出了历史性光辉贡献。
我国历届领导与几代科研人员对它的发展都极为关注,紧跟步伐,创新开拓,取得了一系列的重大突破,在国际上占据先进前沿的地位,为我国经济发展、国家安全做出了重大贡献,同时已在国际学术界产生了重要影响。随着时间的推移,无疑在全球科技与经济发展的和平竞赛中,将为我国国力的增强和提高继续做出历史性的巨大贡献。
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大功率半导体激光器件最新发展现状分析 1 引言 半导体激光器由于具有体积小、重量轻、效率高等众多优点，诞生伊始一直是激光领域的关注焦点，广泛应用于工业、军事、医疗、通信等众多领域。但是由于自身量子阱波导结构的限制，半导体激光器的输出光束质量与固体激光器、CO2激光器等传统激光器相比较差，阻碍了其应用领域的拓展。近年来，随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术的飞速发展，特别是在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器抽运需求的推动下，具有大功率、高光束质量的半导体激光器飞速发展，为获得高质量、高性能的直接半导体激光加工设备以及高性能大功率光纤激光抽运源提供了光源基础。 2 大功率半导体激光器件最新进展 作为半导体激光系统集成的基本单元，不同结构与种类的半导体激光器件的性能提升直接推动了半导体激光器系统的发展，其中最为主要的是半导体激光器件输出光束发散角的降低以及输出功率的不断增加。 2.1 大功率半导体激光器件远场发散角控制 根据光束质量的定义，以激光光束的光参数乘积（BPP）作为光束质量的衡量指标，激光光束的远场发散角与BPP成正比，因此半导体激光器高功率输出条件下远场发散角控制直接决定器件的光束质量。从整体上看，半导体激光器波导结构导致其远场光束严重不对称。快轴方向可认为是基模输出，光束质量好，但发散角大，快轴发散角的压缩可有效降低快轴准直镜的孔径要求。慢轴方向为多模输出，光束质量差，该方向发散角的减小直接提高器件光束质量，是高光束半导体激光器研究领域关注的焦点。 在快轴发散角控制方面，如何兼顾快轴发散角和电光效率的问题一直是该领域研究热点，尽管多家研究机构相续获得快轴发散角仅为3o，甚至1o的器件，但是基于功率、光电效率及制备成本考虑，短期内难以推广实用。2010年初，德国费迪南德-伯恩研究所(Ferdinand-Braun-Inst itu te)的P. Crump等通过采用大光腔、低限制因子的方法获得了30o快轴发散角（95%能量范围），光电转换效率为55%，基本达到实用化器件标准。而目前商用高功率半导体激光器件的快轴发散角也由原来的80o左右（95%能量范围）降低到50o以下，大幅度降低了对快轴准直镜的数值孔径要求。 在慢轴发散角控制方面，最近研究表明，除器件自身结构外，驱动电流密度与热效应共同影响半导体激光器慢轴发散角的大小，即长腔长单元器件的慢轴发散角最易控制，而在阵列器件中，随着填充因子的增大，发光单元之间热串扰的加剧会导致慢轴发散角的增大。2009年，瑞士Bookham公司制备获得的5 mm腔长，9XX nm波段10 W商用器件，成功将慢轴发散角（95%能量范围）由原来的10o～12o降低到7o左右；同年，德国Osram公司、美国相干公司制备阵列器件慢轴发散角（95%能量范围）也达7o水平。 2.2 半导体激光标准厘米阵列发展现状 标准厘米阵列是为了获得高功率输出而在慢轴方向尺度为1 cm的衬底上横向并联集成多个半导体激光单元器件而获得的半导体激光器件，长期以来一直是大功率半导体激光器中最常用的高功率器件形式。伴随着高质量、低缺陷半导体材料外延生长技术及腔面钝化技术的提高，现有CM Bar的腔长由原来的0.6～1.0 mm增大到2.0～5.0mm，使得CM Bar输出功率大幅度提高。2008年初，美国光谱物理公司Hanxuan Li等制备的5 mm腔长，填充因子为83%的半导体激光阵列，利用双面微通道热沉冷却，在中心波长分别为808 nm，940 nm，980 nm处获得800 W/bar，1010W/bar，950 W/bar的当前实验室最高CM Bar连续功率输出水平。此外，德国的JENOPTIK公司、瑞士的Oclaro公司等多家半导体激光供应商也相续制备获得千瓦级半导体激光阵列，其中Oclaro公司的J. Müller等更是明确指出，在现有技术
半导体激光器的发展与运用 0 引言激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子 阱 （单、多量子阱）等多种形式, 制作方法从扩散法发展到液相外延（LP日、气相外延（VPE）、分子束外延（MBE）、金属有机化合物气相淀积（MOCVD）、化学束外延（CBE 以及它们的各种结合型等多种工艺[5].半导体激光器的应用范围十分广泛，而且由于它的体积小，结构简单,输入能量低,寿命长,易于调制和价格低等优点, 使它已经成为当今光电子科学的核心技术,受到了世界各国的高度 重视。 1 半导体激光器的历史 半导体激光器又称激光二极管（LD）。随着半导体物理的发展,人们早在20 世纪50 年代就设想发明半导体激光器。 20 世纪60 年代初期的半导体激光器是同质结型激光器, 是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。在1962 年7 月召开的固体器件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（KeyeS和奎斯特（Quist、报告了砷化镓材料的光发射现象。 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所组成的激光器。单异质结注人型激光器（SHLD，它是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP 一N 结的P 区之内,以此来降低阀值电流密度的激光
器。 1970 年,人们又发明了激光波长为9 000? 在室温下连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs（砷化稼一稼铝砷）激光器. 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人式GaAs 二极管激光器. 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100W 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,国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化,国内样品器件输出 已达到600W另外，还有高功率无铝激光器、红外半导体激光器和量子级联激光器等等。其中,可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长,可以很方便地对输出 光束进行调制。 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。 目前,垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络,为了满足21 世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要,半导体激光器的发展趋势主要是向高速宽带LD大功率LD短波长LD盆子线和量子点激光器、中红外LD
大功率半导体激光器的发展介绍 激光打标机、激光切割机、激光焊接机等等激光设备中激光器起着举足轻重的地位，在激光器的发展历程中，半导体激光器的发展尤为重要，材料加工用激光器主要要满足高功率和高光束质量，所以为了提高大功率半导体激光器的输出功率，可以将十几个或几十个单管激光器芯片集成封装、形成激光器巴条，将多个巴条堆叠起来可形成激光器二维叠阵，激光器叠阵的光功率可以达到千瓦级甚至更高。但是随着半导体激光器条数的增加，其光束质量将会下降。
另外，半导体激光器结构的特殊性决定了其快、慢轴光束质量不一致：快轴的光束质量接近衍射极限，而慢轴的光束质量却比较差，这使得半导体激光器在工业应用中受到了很大的限制。要实现高质量、宽范围的激光加工，激光器必须同时满足高功率和高光束质
量。因此，现在发达国家均将研究开发新型高功率、高光束质量的大功率半导体激光器作为一个重要研究方向，以满足要求更高激光功率密度的激光材料加工应用的需求。 大功率半导体激光器的关键技术包括半导体激光芯片外延生长技术、半导体激光芯片的封装和光学准直、激光光束整形技术和激光器集成技术。 （1）半导体激光芯片外延生长技术 大功率半导体激光器的发展与其外延芯片结构的研究设计紧密相关。近年来，美、德等国家在此方面投入巨大，并取得了重大进展，处于世界领先地位。首先，应变量子阱结构的采用，提高了大功率半导体激光器的光电性能，降低了器件的阈值电流密度，并扩展了GaAs基材料系的发射波长覆盖范围。其次，采用无铝有源区提高了激光芯片端面光学灾变损伤光功率密度，从而提高了器件的输出功率，并增加了器件的使用寿命。再者，采用宽波导大光腔结构增加了光束近场模式的尺寸，减小了输出光功率密度，从而增加了输出功率，并延长了器件寿命。目前，商品化的半导体激光芯片的电光转换效率已达到60%，实验室中的电光转换效率已超过70%，预计在不久的将来，半导体激光器芯片的电光转换效率能达到85%以上。 （2）半导体激光芯片的封装和光学准直 激光芯片的冷却和封装是制造大功率半导体激光器的重要环节，由于大功率半导体激光器的输出功率高、发光面积小，其工作时产生的热量密度很高，这对芯片的封装结构和工艺提出了更高要求。目前，国际上多采用铜热沉、主动冷却方式、硬钎焊技术来实现大功率半导体激光器阵列的封装，根据封装结构的不同，又可分为微通道热沉封装和传导热沉封装。
题目：半导体激光器的发展与应用学院：理 专业：光 姓名：刘
半导体激光器的发展与应用 摘要：激光技术自1960年面世以来便得到了飞速发展，作为激光技术中最关键的器件激光器的种类层出不穷，这其中发展最为迅速，应用作为广泛的便是半导体激光器。半导体激光器的独特性能及优点，使其获得了广泛应用。本文就简要回顾半导体激光器的发展历程，着重介绍半导体激光器在日常生活与军用等各个领域中的应用。 关键词：激光技术、半导体激光器、军事应用、医学应用
引言 激光技术最早于1960年面世，是一种因刺激产生辐射而强化的光。激光被广泛应用是因为它具有单色性好、方向性强、亮度高等特性。激光技术的原理是：当光或电流的能量撞击某些晶体或原子等易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时，原子就会射出光子，以放出多余的能量；而接着，这些被放出的光子又会撞击其它原子，激发更多的原子产生光子，引发一连串的“连锁反应”，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光。这种光就叫做激光。激光几乎是一种单色光波，频率范围极窄，又可在一个狭小的方向内集中高能量，因此利用聚焦后的激光束可以对各种材料进行打孔。激光因为拥有这种特性，所以拥有广泛的应用。 激光技术的核心是激光器，世界上第一台激光器是1960年由T.H.梅曼等人制成的第红宝石激光器，激光器的种类很多，可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。但各种激光器的基本工作原理均相同，产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。 半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器。在1962年7月美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）报告了砷化镓材料的光发射现象，通用电气研究实验室工程师哈尔（Hall）与其他研究人员一道研制出世界上第一台半导体激光器。 半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。常用材料有砷化镓（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。自1962年世界上第一只半导体激光器是问世以来，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！半导体激光器具有体积小、效率高等优点，因此可广泛应用于激光通信、印刷制版、光信息处理等方面。
浅谈半导体激光器及其应用 摘要：近十几年来半导体激光器发展迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。由于半导体激光器的一些特点，使得它目前在各个领域中应用非常广泛，受到世界各国的高度重视。本文简述了半导体激光器的概念及其工作原理和发展历史,介绍了半导体激光器的重要特征,列出了半导体激光器当前的各种应用,对半导体激光器的发展趋势进行了预测。 关键词：半导体激光器、激光媒质、载流子、单异质结、pn结。 自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一。近十几年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制以及价格较低廉等优点,使得它目前在光电子领域中应用非常广泛,已受到世界各国的高度重视。 一、半导体激光器 半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn 结或Pin 结为工作物质的一种小型化激光器。半导体激光工作物质有几十种,目前已制成激光器的半导体材料有砷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化镉、碲化镉、硒化铅、碲化铅、铝镓砷、铟磷砷等。半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式、光泵式和高能电子束激励式。绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入,即给Pn 结加正向电压,以使在结平面区域产生受激发射,也就是说是个正向偏置的二极管。因此半导体激光器又称为半导体激光二极管。对半导体来说,由于电子是在各能带之间进行跃迁,而不是在分立的能级之间跃迁,所以跃迁能量不是个确定值, 这使得半导体激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上。它们所发出的波长在0.3～34μm之间。其波长范围决定于所用材料的能带间隙,最常见的是AlGaAs双异质结激光器,其输出波长为750～890nm。 半导体激光器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。半导体激光器最大的缺点是:激光性能受温度影响大,光束的发散角较大(一般在几度到20度之间),所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。但随着科学技术的迅速发展, 半导体激光器的研究正向纵深方向推进,半导体激光器的性能在不断地提高。以半导体激光器为核心的半导体光电子技术在21 世纪的信息社会中将取得更大的进展, 发挥更大的作用。 二、半导体激光器的工作原理 半导体激光器是一种相干辐射光源,要使它能产生激光,必须具备三个基本条件: 1、增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布,在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带,因此在半导体中要实现粒子数反转,必须在两个能带区域之间,处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠给同质结或异质结加正向偏压,向有源层内注入必要的载流子来实现, 将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用。 2、要实际获得相干受激辐射,必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡,激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的,通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜,而出光面镀上减反膜。对F—p 腔(法布里—珀罗腔)半导体激光器可以很方便地利用晶体的与p-n结平面相垂直的自然解理面构成F-p腔。 3、为了形成稳定振荡,激光媒质必须能提供足够大的增益,以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔
半导体激光器工作原理及主要参数 OFweek激光网讯：半导体激光器又称为激光二极管（LD，Laser Diode），是采用半导体材料作为工作物质而产生受激发射的一类激光器。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦激励三种形式。半导体激光器件，一般可分为同质结、单异质结、双异质结。同质结激光器和单异质结激光器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。半导体激光器的优点在于体积小、重量轻、运转可靠、能耗低、效率高、寿命长、高速调制，因此半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、激光医疗、激光测距、激光雷达、自动控制、检测仪器等领域得到了广泛的应用。 半导体激光器工作原理是：通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种：电注入式、电子束激励式和光泵浦激励式。电注入式半导体激光器一般是由GaAS（砷化镓）、InAS（砷化铟）、Insb（锑化铟）等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。电子束激励式半导体激光器一般用N型或者P型半导体单晶（PbS、CdS、ZhO等）作为工作物质，通过由外 部注入高能电子束进行激励。光泵浦激励式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶（GaAS、InAs、InSb等）作为工作物质，以其它激光器发出的激光作光泵激励。 目前在半导体激光器件中，性能较好、应用较广的是：具有双异质结构的电注入式GaAs 二极管半导体激光器。 半导体光电器件的工作波长与半导体材料的种类有关。半导体材料中存在着导带和价带，导带上面可以让电子自由运动，而价带下面可以让空穴自由运动，导带和价带之间隔着一条禁带，当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时就把光的能量变成了电，而带有电能的电子从导带跳回价带，又可以把电的能量变成光，这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。 小功率半导体激光器（信息型激光器），主要用于信息技术领域，例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈和动态单模激光器（DFB-LD）、窄线宽可调谐激光器、用于光盘等信息处理领域的可见光波长激光器（405nm、532nm、635nm、650nm、670nm）。这些 器件的特征是：单频窄线宽、高速率、可调谐、短波长、光电单片集成化等。 大功率半导体激光器（功率型激光器），主要用于泵浦源、激光加工系统、印刷行业、生物医疗等领域。 半导体激光器主要参数： 波长nm：激光器工作波长，例如405nm、532nm、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm。 阈值电流Ith：激光二极管开始产生激光振荡的电流，对小功率激光器而言其值约在数 十毫安。
半导体激光器的研究进展 摘要：本文主要述写了半导体激光器的发展历史和发展现状。以及对单晶光纤激光器进行了重点描述，因其在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，近年来成为新型固体激光源研究的热点。 一、引言。 激光是20 世纪以来继原子能、电子计算机、半导体之后人类的又一重大发明。半导体激光科学与技术以半导体激光器件为核心，涵盖研究光的受激辐射放大的规律、产生方法、器件技术、调控手段和应用技术，所需知识综合了几何光学、物理光学、半导体电子学、热力学等学科。 半导体激光历经五十余年发展，作为一个世界前沿的研究方向，伴随着国际科技进步突飞猛进的发展，也受益于各类关联技术、材料与工艺等的突破性进步。半导体激光的进步在国际范围内受到了高度的关注和重视，不仅在基础科学领域不断研究深化，科学技术水平不断提升，而且在应用领域上不断拓展和创新，应用技术和装备层出不穷，应用水平同样取得较大幅度的提升，在世界各国的国民经济发展中，特别是信息、工业、医疗和国防等领域得到了重要应用。 本文对半导体激光器的发展历史和现状进行了综述，同时因单晶光纤激光器在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，本文也将对其做重点描述。 二、大功率半导体激光器的发展历程。 1962 年，美国科学家宣布成功研制出了第一代半导体激光器———GaAs同质结构注入型半导体激光器。由于该结构的激光器受激发射的阈值电流密度非常高，需要5 × 104～1 ×105 A /cm2，因此它只能在液氮制冷下才能以低频脉冲状态工作。从此开始，半导体激光器的研制与开发利用成为人们关注的焦点。1963 年，美国的Kroemer和前苏联科学院的Alferov 提出把一个窄带隙的半导体材料夹在两个宽带隙半导体之间，构成异质结构，以期在窄带隙半导体中产生高效率的辐射复合。随着异质结材料的生长工艺，如气相外延( VPE) 、液相外延( LPE) 等的发展，1967年，IMB 公司的Woodall 成功地利用LPE 在GaAs上生长了AlGaAs。在1968—1970 年期间，美国贝尔实验室的Panish，Hayashi 和Sμmski成功研究了AlGaAs /GaAs单异质结激光器，室温阈值电流密度为8.6 × 103 A /cm2，比同质结激光器降低了一个数量级。
半导体激光器工作原理 半导体激光器工作原理是：通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种：电注入式、电子束激励式和光泵浦激励式。电注入式半导体激光器一般是由GaAS（砷化镓）、InAS（砷化铟）、Insb （锑化铟）等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。电子束激励式半导体激光器一般用N型或者P型半导体单晶（PbS、CdS、ZhO等）作为工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。光泵浦激励式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶（GaAS、InAs、InSb等）作为工作物质，以其它激光器发出的激光作光泵激励。
目前在半导体激光器件中，性能较好、应用较广的是：具有双异质结构的电注入式GaAs二极管半导体激光器。 半导体光电器件的工作波长与半导体材料的种类有关。半导体材料中存在着导带和价带，导带上面可以让电子自由运动，而价带下面可以让空穴自由运动，导带和价带之间隔着一条禁带，当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时就把光的能量变成了电，而带有电能的电子从导带跳回价带，又可以把电的能量变成光，这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。 小功率半导体激光器（信息型激光器），主要用于信息技术领域，例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈和动态单模激光器（DFB-LD）、窄线宽可调谐激光器、用于光盘等信息处理领域的可见光波长激光器（405nm、532nm、635nm、650nm、670nm）。这些器件的特征是：单频窄线宽、高速率、可调谐、短波长、光电单片集成化等。大功率半导体激光器（功率型激光器），主要用于泵浦源、激光加工系统、印刷行业、生物医疗等领域。 半导体激光器主要参数： 1.波长nm：激光器工作波长，例如405nm、532nm、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm。 2.阈值电流Ith：激光二极管开始产生激光振荡的电流，对小功率激光器而言其值约在数十毫安。 3.工作电流Iop：激光二极管达到额定输出功率时的驱动电流，此
半导体激光器的最新进展及应用现状 发表时间：2018-11-11T11:02:03.827Z 来源：《电力设备》2018年第18期作者：黄志焕[导读] 摘要：随着半导体技术的发展，半导体激光器所涉及的领域也在不断扩展，其应用领域的范围已覆盖光电子学的很多方面，半导体激光器已成为光电子学的核心器件之一。 (天津环鑫科技发展有限公司 300384) 摘要：随着半导体技术的发展，半导体激光器所涉及的领域也在不断扩展，其应用领域的范围已覆盖光电子学的很多方面，半导体激光器已成为光电子学的核心器件之一。由于半导体激光器具有体积小、寿命长、电光转换效率高、调制速度快、波长范围宽和易于集成等优点，在光互连、光通信、光存储等方面具有广泛的应用。 关键词：半导体激光器；最新进展；应用现状 1半导体激光器研究的意义半导体激光器的研究是我国光电技术研究的重要内容，是国家重点提出并且一直在努力寻求新的突破的领域。就当前半导体激光器研究的意义来看，对国家的发展具有重要的现实意义。与此同时，半导体激光器在各行各业的应用都十分广泛，并且呈现出以每年20％以上的增长速度，比如，军师领域的激光雷达、制导以及医疗、通讯、光盘等都开始应用半导体激光器。其涉及领域之广，扩展速度之快，应用价值之强，是被广泛认可的。近年来，随着信息科技的不断发展，人们对半导体激光器的性能要求越来越高，传统的半导体激光器在具体的实践应用当中已经表现出明显的不足之处。因此进行半导体激光器的研究，不短提升半导体激光器的现代化水平，具有重要的现实意义。 2半导体行业半导体器件是电子电路中必不可少的组成成分。半导体是人们为了生产生活需要,将两物质按照电学性质进行分类时确定的一个名称。它的导电性介于导体和绝缘体之间。半导体导电性能全是由其原子结构决定的。以元素半导体硅和锗为例,其原子序列分别是14和32,它们两个最外层电子数都是4。半导体具有自由电子和空穴两种载流子。而半导体的性质不同于导体和绝缘体,就是因为半导体拥有的载流子数目不同而载流子是能够运动的荷电粒子。电子和空穴都是载流子,它们相互运动即可产生电流。硅和锗是最为典型的元素半导体。 根据构成物质元素的不同,半导体可分为元素半导体和化合物导体,元素半导体由一种元素构成,化合物半导体由多种元素构成。而根据掺杂类型的不同,半导体可分为本征半导体、N型半导体和P型半导体;如果按照原子结构的排列规则不同,又可分为单晶半导体、多晶半导体和非晶态半导体。半导体行业具有技术密集、资金密集,高风险高回报和知识密集等特点。进入2010年以来,国家大力支持半导体行业的发展,2011年11月,国家税务总局和财政部联合发布了《关于退还集成电路企业采购设备增值税期末留纸税额》;2012年4月政府部门又发布了《关于进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展企业所得税政策的通知》;而于2014年,工信部又发布了《国家集成电路产业发展推进纲要》。近几年,我国半导体行业发展速度超快,半导体产业逐渐呈现向大陆地区转移的新趋势,为我国各行业的发展带来设备国产化的发展机遇。而且政府政策大力支持半岛体行业的发展,大基金入场将会加速产业转型升级,成熟化发展。半导体具有掺杂特性、热敏性和光敏性三大特点。 3激光器顾名思义,激光器是一种能发射激光的装置。1954年,人们制成了第一台微波量子放大器;1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器的原理推广到光频范围;1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器;1961年A.贾文等人制成了第一台氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人制成了第一台半导体激光器;之后,激光器的种类就越来越多。一般而言,按工作介质分类,激光器可分为固体激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器4大类。激光器的组成一般由3个重要部分构成,即工作物质、激励抽运系统、谐振腔。其中激光工作物质是一种激光增益的媒介,其原子或分子的能级差决定了激光的波长与频率。激光抽运系统是指为使激光器持续工作给予能量的源头,它实现并维持了工作物质的粒子数反转。光学谐振腔是激光生成的容器,有多种多样的设计方式是激光器设计的核心。 4激光器系统功能 4.1逻辑控制 系统通过操作面板实现逻辑控制,主要控制功能有3个。（1）内时钟工作:通过RS-422通信接口,向电源控制单元发射出光指令,工作频率可1-20Hz切换,同时通过LED反馈激光器工作状态。（2）外时钟工作:利用外部开关切换至外时钟,利用DSP外部中断接口检测外时钟。（3）自检功能:通过按压自检开关,触发激光器发射激光。 4.2高精度时序控制 激光器输出能量的大小和稳定性与激光电源的高精度时序是密不可分的,必须确保电源控制系统输出时钟的精度及稳定性。为实现μs级高精度控制逻辑,采用DSP控制芯片内置的PLL模块完成高精度时序控制,锁相环独有的负反馈和倍频技术可以提供高精度、稳定的频率,DSP 输入时钟30MHz,倍频到150MHz,时钟周期可达6.67ns。通过精确的技术方法,按照设计的延时产生所需的各路时钟,可以满足高精度的时序配置要求。 4.3恒流源驱动控制 激光器电源控制系统接收到激光发射的信号后,DSP输出12位数字信号,通过DAC1230芯片,将数字信号转换成相应的模拟参考电压信号。恒流源电路中的采样电阻R将通过泵浦模块的电流转换成相应的电压,经过F放大电路后,与参考电压进行比较,产生功率驱动信号,此信号控制功率管的开关。同时可通过DSP改变参考电压的大小,实现恒流源电流的调节。激光电源控制系统还可通RS-422通信接口,远程设置恒流源的电流和脉宽。 4.4温度控制系统 温度是影响激光器泵浦模块输出波长和泵浦效率的重要因素,故对泵浦模块进行控温是必不可少的。半导体激光器一般采用半导体热电致冷器进行控温,该制冷器具有无机械运动、无噪声、无污染、体积小、可靠性高、寿命长、制冷迅速、冷量调节范围宽及冷热转换快等特点。测温元件采用电流输出型温度传感器AD590,特点是工作直流电压较宽,一般为4-30V,输出电流为223μA(-50℃)-423μA(+150℃),灵敏度为1μA/℃。
半导体激光器的应用与分类 半导体光发射器是电流注入型半导体PN结光发射器件，具有体积小、重量轻、直接调制、宽带宽，转换效率高、高可靠和易于集成等特点，被广泛应用。按照其发光特性，可分为激光二极管（又称半导体激光器或二极管激光器，Laser Diode，LD），通常光谱宽度不]于5nm（采取专门措施可不大于0.1nm）；发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，光谱宽度一般不小于50nm；超辐射发光二极管(Superluminescent Dmde,SLD)，光谱宽度不大于5nm（采取专门措施可不大于0.1nm）；发光二极管（Light Emiltting，LED），光谱宽度一般不小于50nm；超辐射发光二极管（Superluminescent SLD），光谱宽度为30～50nm，本节重点介绍几种半导体激光器，钽电容简要介绍超辐射发光二极管。 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。 LD主要技术摄技术指标有光功率、中心波长、光谱宽度、阈值电流、工作电流、工作电压、斜率效率和电光转换效率等。 半导体激光器的光功率是指在规定驱动电流条件下输出的光功率，该指标直接与工作电流对应，这体现了半导体激光器的电流驱动特性。如果是连续驱动条件，T491T336M004AT则输出功率就是连续光功率，如果是脉冲驱动条件，输出的光功率可用峰值功率或平均功率来衡量。hymsm%ddz 半导体激光器的中心波长是指激光器所发光谱曲线的中心点所对应的波长，通常用该指标来标称激光器的发光波长。光谱宽度是标志个导体激光器光谱纯度的一个指标，通常用光谱曲线半高度对应的光谱全宽来表示。 半导体激光器的光场是发散的而且是不对称的。在垂直PN结平面方向（快轴方向），发散角较大，通常在20°～45°之间；在平行PN结平面方向（慢轴方向），发散角较小，通常在6°～12°之间。由此可以看出，半导体二极管激光器的光场在空间分布呈椭圆形。
广西师范学院2017年本科毕业论文 论文题目 半导体激光器的发展历程 毕业生：吴伊琴 指导老师：王革 学科专业：物理学（师范） 目录 摘要 前言
一．理论基础及同质结半导体激光器（1917-1962） 1.1激光理念及激光技术的面世 1.2早期半导体激光器理念提出与探索（1953-1962）二．异质结半导体激光器（1963-1977） 2.1 单异质（SH）激光器 2.2 双异质（DH）激光器 三．半导体激光器实用领域的探索（1980-2005） 3.1 光纤通信与半导体激光器的相辅相成 3.2 量子阱能带工程技术的引入 4.1半导体激光器应用的多样化 4.2 半导体激光器的未来发展 结语 参考文献 摘要
双异质半导体激光器，量子阱技术，应变量子阱激光器，DFB激光器，面发射激光器，大功率激光器等等突破性研究成果的面世，使得半导体激光器已经占据了激光领域市场的大壁江山，以及成为了军事，医疗，材料加工，印刷业，光通信等等领域不可或缺的存在。本文梳理了1917年—2008年半导体激光器的发展历程，文中包括了半导体激光器大多研究成果，按照时间线对其进行整理。 总的说来，半导体激光器的发展历程可以分为4个阶段 第一．理论准备及起步阶段（1917-1962）。 1962年同质结半导体激光器研制成功。尽管同质结半导体激光器没有实用价值，但是它面世是半导体激光器发展历程中重要的标志，其基本理论是后来半导体激光器前进的基础。 第二．大发展期(1962--1979 长寿命，长波长双异质半导体激光器的面世使得半导体激光器能够满足光纤通信的需求。1978-1979年，国际上关于通过改进器件结构提高器件稳定性，降低损耗的研究成果非常多。由于对AlGaAs—GaAs激光器特性的不断进步的追求，使得这个时期出现了许多新的制造工艺，新的结构理念，为之后发展长波长半导体激光器留下了充足的技术支持。 第三．实用性的初步探索（1980--1990）在这期间半导体激光器的实用领域主要集中于光纤通信领域，由于光纤通信技术的不断发展，使得半导体激光器的发展也极其迅猛。 第四．实用的多样化(1990--2008 由于量子阱技术，应变量子阱激光器，DFB激光器，面发射激光器，大功率激光器等等突破性研究成果的面世，半导体激光器的实用领域覆盖了军事，医疗，材料加工，印刷业，光通信等等领域。 本文按照时间线将半导体激光器的发展历程梳理了一遍，使得半导体激光器的发展脉络更加清晰，时候其发展历程更加具体，明了。 关键词：激光半导体激光器应用多样化发展方向 前言 激光，英文名为“laser”是20世纪以来，目前在人类科技进步史上与原子能，计算机，半导体并驾齐驱的重大发明。其发展动向对于人类的科技，生活等等方面有着重要的影响。
南京理工大学 研究生研究型课程考试 课程名称：现代物理学导论 考试形式：□专题研究报告√论文□大作业□综合考试 学生姓名：王慧学号： 512011424 评阅人：王清华 时间：2013年6 月
激光的发展历程及应用 王慧 （南京理工大学机械工程学院南京210094） 摘要：自1960年第一台激光器发明以来，经过儿十年的发展，激光技术的研究取得了飞越性的发展并广泛应用于人们生活的各个领域。本文主要介绍了激光的应用领域以及一此处于研究前沿领域的技术。 关键词：激光发展；激光历史；激光应用 The Development and Application Prospects Of Laser Technology Abstract：Since the advent of the first optical maser, there has been several dacades. In the short years laser technology has made transilient progress and has applied to in many affairs civil use. The article is about the application of laser technology which is under application and advancing front of study. Key words：Laser Development; Laser history; Laser Applications 一．引言 自1960年7月梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器以来，经过四十多年的发展，人们在激光的研究上突破了许多技术难题并取得了相当的成就。激光被发明以来，以其方向性强、单色性好、高亮度和高度的时空相干性引起了科学家们特别是军事家们的广泛关注，经过科学家们的不懈努力，今天的激光仪器无论是从工作原理、实验手段，还是制造工艺都已逐步成熟。激光日益受到各大军事强国的重视，并有望成为未来军事技术发展中最活跃的一个领域之一。迄今为止，激光在军事领域已经广泛应用于定向能武器、航空航天、侦察与反侦察、制导、通信等诸多领域，大大提高了军队在高技术战争条件下的打击与防御能力。同时，激光的军转民技术也得到了很大的发展。 二．激光的发展历程 早在1917年,爱因斯坦在光量子假设基础上,提出了光的两种不同性质的辐射—自发辐射和受激辐射.从理论上预言了存在受激辐射光的可能性。1928年,德国的https://www.doczj.com/doc/9c5313833.html,denburg,H.Kopferman用实验证明了受激辐射假设成立。到本世纪五十年代,实验上验证了粒子数反转现象,并提出爱激辐射放大理论,由这个理论所预见的粒子数反转体系对入射电磁场产生受激放大作用的可能性,首先在无线电电子学的微波技术领域内得以实现。1954年,氮分子气体微波量子放大器诞生。微波量子放大器技术的出现和进展。促进人们在光频波段的探索。1957年9月,美国的c.H.Townes第一次提出光频受激辐射放大设想,同每11月,美国的R.G.Gould 独立提出光频受激辐射放大构思并提出证据公证。继而许多人提出了各种激光器 建议.1960年5月」.5日第一台红宝石激光器〔69招A。)由美国人T.H.Maiman研制成功至此,激光技术就以科学史上罕见的高速度向前发展着,激光理论和激光应用也很快开拓。 在理论研究方面.激光技术的出现极大地促进了光辐射理论的发展。激光以前所有各类光源的发光纂本上属于自发辐射机制.光辐射与物质的作用属于弱光与物质的相互作用,其辐射理论属于有关弱光辐射的产生机理,基本性质及其与物质相互作用的理论,经其描述的特点是麦克斯韦方程组中介质电极化强度矢量与辐射场的场强矢量成线性关系,而量子描述的特点是在进行量子力学处理l对.往往只取一级微扰近似。激光的发光机制是基于粒子数反转体系的受激
郑州轻工业学院 课程设计任务书 题目半导体激光器原理及应用 专业、班级学号姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 完成期限： 指导教师签名： 课程负责人签名： 年月日
郑州轻工业学院半导体激光器课程设计 郑州轻工业学院 课程设计说明书题目：半导体激光器原理及应用 姓名：王森 院（系）：技术物理系 专业班级：电子科学与技术09-1 学号：540911010132 指导教师：运高谦 成绩： 时间：年月日至年月日 I
郑州轻工业学院半导体激光器课程设计 摘要 本文主要讲的是半导体激光器的发展历史、工作原理及应用。半导体激光器产生激光的机理,即必须建立特定激光能态间的粒子数反转,并有合适的光学谐振腔。由于半导体材料物质结构的特异性和其中电子运动的特殊性,首先产生激光的具体过程有许多特殊之处,其次所产生的激光光束也有独特的优势,使其在社会各方面广泛应用。从同质结到异质结,从信息型到功率型,激光的优越性也愈发明显,光谱范围变宽,相干性增强,可以说是半导体激光器开启了激光应用发展的新纪元。 关键词激光技术；半导体激光器；受激辐射；光场 II
郑州轻工业学院半导体激光器课程设计 Abstract This article is mainly about the history of the development of semiconductor lasers, working principle and applications. Semiconductor lasers produce laser mechanism, which must be established between the specific laser energy state population inversion, and a suitable optical resonator. As the physical structure of the semiconductor material in which electron motion specificity and particularity, while the specific process of producing laser has many special features, the other produced by the laser beam has a unique advantage to make it widely used in all sectors of society . From homo-junction to the heterojunction, the power from the information type to type, is also becoming increasingly apparent superiority of the laser, spectral range, coherence enhanced semiconductor lasers opened a new era in the development of laser applications. Keywords: Laser technique；Semiconductor lasers；Stimulated emission；Optical field III
关于半导体激光器 作者 摘要：目前半导体激光器发展非常快。随着技术的成熟，半导体激光器的应用也越来越广泛。本文主要分析半导体激光器的国内外发展现状，总结其原理、应用。评估半导体激光在未来的发展。 关键词：半导体激光器原理与应用未来前景Abstract:Nonadays,the semiconductor laser develop very fast.with the technology becomed more and more adultness, the semiconductor laser was application in kinds of filed.This essay analysis the semiconductor laser statu of develop in home and foreige,at the same time ,summarizing its principle and applicat- Ion.estimating the semiconductor laser develop in future.
Keywords:the semiconductor laser principle and application the prospest 国内外发展状况： 相对于固体激光器和气体激光器来说，半导体 激光器真可谓是姗姗来迟，但是它具有效率高、体 积小、寿命长、成本低、等优点，目前在激光器领 域中已占据一半以上的市场份额，而且还在不断扩 大，大有取代传统激光器的趋势[1]。 半导体激光是目前各种激光中发展最快的，它 占有激光市场的最大份额。半导体激光器又称为二 极管激光器（LD），随着生长技术的进步、器件量 产化能力的提高、性能的改善及成本的下降 , LD 陆续扩展到许多其它应用领域,包括 CDROM 驱动、激光打印、可擦除光存储驱动、条码扫描、 文娱表演、光纤通信 ,以及航空和军事应用如军训 模拟装置、测距机、照明器、CI等。由于LD的