半導(dǎo)體光電子器件-半導(dǎo)體發(fā)光器件

半導(dǎo)體光電子器件半導(dǎo)體發(fā)光器件§6.1半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）的結(jié)構(gòu)§6.2白光LED§6.3LED的性能§6.4LED的封裝與應(yīng)用§6.5半導(dǎo)體激光器的工作機(jī)制§6.6半導(dǎo)體激光器的工作條件§6.7半導(dǎo)體激光器的主要參數(shù)§6.8異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器

LED、Laser基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)：半導(dǎo)體二極管（pn結(jié)）；特點(diǎn)：單色性好，

LED:10～50nm；

Laser:0.01～0.1nmLED與Laser區(qū)別：

LED：自發(fā)發(fā)射，產(chǎn)生非相干光；

Laser：受激發(fā)射，產(chǎn)生相干光。

LED與Laser發(fā)光機(jī)理：

正偏pn結(jié)電子與空穴復(fù)合，釋放光子?！?.1半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)1907年，HenryJosephRound第一次在一塊碳化硅里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象。1936年，GeorgeDestiau的一份關(guān)于硫化鋅粉末發(fā)射光的報(bào)告。隨著電流的應(yīng)用和廣泛的認(rèn)識，最終出現(xiàn)了”電致發(fā)光”這個(gè)術(shù)語。1955年，美國無線電公司（RadioCorporationofAmerica）的RubinBraunstein發(fā)現(xiàn)了砷化鎵（GaAs）與及其他半導(dǎo)體合金的紅外線放射作用1962年，GE、Monsanto、IBM的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出了發(fā)655nm紅光的磷砷化鎵（GaAsP）半導(dǎo)體化合物，從此發(fā)光二極管進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展進(jìn)程?！?.1半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)一、

LED優(yōu)勢

1965年，Monsanto和惠普公司推出了用GaAsP材料制作的商用化紅色LED，當(dāng)時(shí)這種LED燈的效率為每瓦大約0.1流明。1968年，LED燈的研發(fā)取得了突破性進(jìn)展，利用氮摻雜工藝使GaAsP器件的效率達(dá)到了1流明/瓦，LED節(jié)能燈并且能夠發(fā)出紅光、橙光和黃色光。1971年，推出了具有相同效率的GaP綠色芯片LED，LED開始廣泛應(yīng)用于數(shù)字與文字顯示技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域區(qū)。§6.1半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)一、

LED優(yōu)勢

1980年代早期的技術(shù)突破是開發(fā)出了AlGaAs的LED，能以每瓦10流明的發(fā)光效率發(fā)出紅光。LED燈開始應(yīng)用于室外信息發(fā)布以及汽車高位剎車燈(CHMSL)設(shè)備。1990年，開發(fā)出了能夠提供相當(dāng)于最好的紅色器件性能的AlInGaP技術(shù)，這比當(dāng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的GaAsP器件性能要高出10多倍。1994年，日本科學(xué)家中村修二在InGaN(氮化銦鎵)基片上研制出了第一只藍(lán)色LED，由此開啟了GaN基LED燈研究和開發(fā)熱潮，藍(lán)光的出現(xiàn)使得白光LED成為可能?！?.1半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)一、

LED優(yōu)勢

與普通照明方式相比，LED具有如下的優(yōu)勢。

效率高

按一般光效定義的LED的發(fā)光效率并不算高，但由于LED的光譜幾乎全部集中于可見光區(qū)域，效率可達(dá)到80%-90%，而自熾燈的可見光轉(zhuǎn)換效率僅為10%-20%，普通節(jié)能燈只有40%-50%左右。一般LED在相同的照明效果下比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。

壽命長LED為固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，抗震動(dòng)，燈體內(nèi)也沒有松動(dòng)的部分，不存在普通燈絲發(fā)光發(fā)熱易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，使用壽命可高達(dá)6萬～10萬小時(shí)，是傳統(tǒng)光源使用壽命的10倍以上。由于壽命長，經(jīng)久耐用，減少了維護(hù)和更換的費(fèi)用，降低了成本?！?.1半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)一、

LED優(yōu)勢

綠色環(huán)保

其廢棄物不像熒光燈含汞；廢棄物可回收，沒有污染，不含汞元素，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。而且LED為冷光源，眩光小，無輻射，使用中不產(chǎn)生有害物質(zhì)，光譜中沒有紫外線和紅外線。

光色純，光線質(zhì)量高

傳統(tǒng)照明光源的光譜較寬，且發(fā)光方向?yàn)檎麄€(gè)立體空間，不利于配光和光線的有效利用相比；LED為單一顏色、光譜狹窄、譜線單一集中在可見光波段、色彩豐富、鮮艷，可以有多樣化的色調(diào)選擇和配光，且LED光源發(fā)光大部分集中會(huì)聚于中心，發(fā)散角較小，可以有效地控制眩光，從而簡化燈具結(jié)構(gòu)，節(jié)省設(shè)計(jì)和制造成本?！?.1半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)一、

LED優(yōu)勢

應(yīng)用靈活

體積小，便于造型，可做成點(diǎn)、線、面等各種形式。

安全

單體工作電壓為1.5-5v，工作電流為20-70mA。

響應(yīng)快

響應(yīng)時(shí)間為納秒級，自熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級。

控制靈活

通過控制電路很容易調(diào)控亮度，實(shí)現(xiàn)多樣的動(dòng)態(tài)變化效果。§6.1半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)一、

LED優(yōu)勢

§6.1半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)二、

LED結(jié)構(gòu)原理

發(fā)光二極管是一種利用自發(fā)輻射制成的器件，它往往具有連續(xù)波譜。光譜曲線一般具有單峰。但如果材料是多發(fā)光中心，也會(huì)出現(xiàn)多峰。峰值波長由材料的禁帶寬度所決定由于熱能，電子能量略高于EC，空穴能量略低于EV，實(shí)際上發(fā)射光子的能量為色散§6.1半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)三、

LED分類

按發(fā)光管發(fā)光顏色

可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍(lán)光、白光等；還根據(jù)出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。

按發(fā)光管出光面特征

分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。

按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)

分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。

按發(fā)光強(qiáng)度

按發(fā)光強(qiáng)度分有普通亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度<10mcd），超高亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度>100mcd），發(fā)光強(qiáng)度在10-100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管?！?.1半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)三、

LED分類

按發(fā)光強(qiáng)度角從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來分有三類：

高指向性

一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半強(qiáng)度角為5o-20o或更小。具有很高的指向性，可作局部照明光源用。

標(biāo)準(zhǔn)型

通常作指示燈用，其半強(qiáng)度角為20o-45o。

散射型

這是視角較大的指示燈，半強(qiáng)度角為45o-90o或更大，散射劑的量較大。紅---GaP:Zn-O;GaAs0.6P0.4;Ga0.7Al0.3As---6500~7600?

橙---GaAs0.35P0.65;In0.3Ga0.7P---5900~6500?

黃---GaP:N:N;GaAs0.15P0.85---5900~6500?

綠---GaP:N；GaInP---5700~5900?

蘭---GaN;GaInP---4300~4600?

易獲電子易獲空穴可見光λ：4000?~7600?；Eg:1.8~2.9eV§6.1半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)四、發(fā)光二極管主要材料§6.2白光LED一、

GaN基藍(lán)光LED

GaN被稱為繼第一代半導(dǎo)體Si、Ge和第二代半導(dǎo)體GaAs、InP之后的第三代半導(dǎo)體材料。InN的禁帶寬度為0.7eV，GaN的禁帶寬度為3.44eV，AlN的禁帶寬度為6.2eV，在GaN材料中摻入Al、In組成的三元或者四元半導(dǎo)體材料應(yīng)用于發(fā)光材料與器件，其發(fā)光波長范圍可以從遠(yuǎn)紅外線一直覆蓋到紫光，甚至是深紫外波段§6.2白光LED二、幾種常見的藍(lán)光LED結(jié)構(gòu)電流橫向流動(dòng)，在芯片的臺(tái)階附近會(huì)產(chǎn)生電流聚集效應(yīng)；正面出光的GaN基LED芯片的很大一部分光被LED上方的p型歐姆接觸電極、n型歐姆接觸電極以及電極焊盤所吸收，而且p型電極上增強(qiáng)電流擴(kuò)展能力的Ni-Au或ITO透明導(dǎo)電層對光也具有一定的吸收作用；由于藍(lán)寶石材料的熱導(dǎo)率較低，影響了器件的熱可靠性，從而限制了大功率LED芯片注入電流的進(jìn)一步提高。1.水平結(jié)構(gòu)§6.2白光LED二、幾種常見的藍(lán)光LED結(jié)構(gòu)倒裝技術(shù)就是將水平結(jié)構(gòu)LED芯片進(jìn)行倒置p型電極采用具有高反射率的金屬薄膜，從而使光從藍(lán)寶石襯底出射，避免了p型電極金屬對光的吸收；倒裝技術(shù)可以借助電極（或微凸點(diǎn)）與封裝的Si基板直接接觸，從而降低了熱阻，提升了芯片的散熱性能。2.倒裝結(jié)構(gòu)§6.2白光LED二、幾種常見的藍(lán)光LED結(jié)構(gòu)在制造過程中采用襯底片鍵合與激光剝離技術(shù)相結(jié)合將GaN外延片從藍(lán)寶石襯底轉(zhuǎn)移到具有良好電、熱導(dǎo)特性的襯底材料上（如Si、ZnO等襯底）。器件電極上下垂直分布，徹底解決了正裝、倒裝結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片中因?yàn)殡姌O平面分布、電流側(cè)向注入導(dǎo)致的諸如散熱，電流分布不均勻、可靠性等一系列問題。3.垂直結(jié)構(gòu)§6.2白光LED三、幾種常見的白光LED結(jié)構(gòu)首先通過GaN藍(lán)光LED芯片得到藍(lán)光，然后在其表面涂覆一層以釔鋁石榴石為主要成分的熒光粉，熒光粉吸收部分藍(lán)光后，重新發(fā)射出黃色熒光，黃光和藍(lán)光混合后形成白光。這種類型的白光技術(shù)是在1997年，首先由日本的Nakamura團(tuán)隊(duì)開發(fā)和展示的。市場上大多數(shù)的光LED產(chǎn)品都是通過這種方式實(shí)現(xiàn)，這目前由藍(lán)光芯片得到白光性價(jià)比最高的解決方案。1.藍(lán)光LED芯片+黃色熒光粉這種方式難以在較遠(yuǎn)的照射區(qū)域獲得很好的顏色均勻性，難以在LED芯片表面涂覆一層均一的熒光粉層，是造成這個(gè)缺點(diǎn)的重要原因。這種方式獲取白光的光電轉(zhuǎn)化效率仍然不高，能量損失主要來自三個(gè)方面：熒光轉(zhuǎn)化損失、熒光粉和芯片的重復(fù)發(fā)射吸收損失、全反射損失。這些能量損失累計(jì)起來，可以很容易的達(dá)到電功率的60%以上?！?.2白光LED三、幾種常見的白光LED結(jié)構(gòu)通過不同顏色的單顆LED芯片進(jìn)行組合也可以得到白光。通過AlGaInP材料體系可以得到紅色、橘紅色、以及黃色LED芯片。通過AlGaN材料體系可以得到綠色和藍(lán)色芯片。這種方法的好處在于可以獲得非常高的光效，而且沒有熒光粉發(fā)光方式中常見的能量損失。2.

紅色+綠色+藍(lán)色LED芯片

這種方式的缺點(diǎn)在于每個(gè)單色LED其輻射波長隨著溫度、電流密度和壽命等其他因素都會(huì)發(fā)生改變。因此其所產(chǎn)生的白光性質(zhì)將非常不穩(wěn)定，所以這種方式主要被使用在日期顯示等對顏色穩(wěn)定性要求不高的類似應(yīng)用中?！?.2白光LED三、幾種常見的白光LED結(jié)構(gòu)利用紫外LED來激發(fā)三色熒光粉這種方式的優(yōu)勢在于，可以通過多種顏色熒光粉來提高其白光的顏色還原性。缺點(diǎn)在于這種方式會(huì)產(chǎn)生大量的能量損失，最終限制器件的發(fā)光效率，并且隨著紫外LED波長向著深紫外發(fā)展，這種損失會(huì)越來越大。這種方式的第二個(gè)缺點(diǎn)在于很難得到高效率的紫外LED芯片。3.

紫外LED芯片+三色熒光粉§6.2白光LED三、幾種常見的白光LED結(jié)構(gòu)

這種方式需要在同一塊襯底上集成發(fā)射不同波長光波的有源區(qū)，有源區(qū)可以通過電驅(qū)動(dòng)或者光激發(fā)而發(fā)光。

最早的單芯片多波長發(fā)光的LED芯片，其發(fā)光峰在475nm和540nm。其方案為在一個(gè)襯底上生長兩個(gè)層疊獨(dú)立的InGaN有源區(qū)，從而得到兩種波長的光。4.

單塊多波長LED芯片常用的熒光粉與波長如下：藍(lán)粉InGaN或GaN，波長465nm；黃粉(Y1Gd)3(AlGa)5O12，波長550nm；三基色紅粉Y2O2S:Eu3+，波長626nm；藍(lán)粉Sr5(PO4)3Cl:Eu2+，波長447nm；綠粉BaMgAl10O17:Eu2+,Mn2+，波長515nm。§6.2白光LED四、異質(zhì)結(jié)LED結(jié)構(gòu)

異質(zhì)結(jié)LED由一層窄禁帶有源層加在n型和p型的寬禁帶導(dǎo)電層中間構(gòu)成。這樣載流子會(huì)從兩邊向有源區(qū)注入，電子和空穴在有源區(qū)復(fù)合。這種情況下，擴(kuò)散過第一個(gè)異質(zhì)結(jié)界面的少數(shù)載流子會(huì)被第二個(gè)異質(zhì)結(jié)界面阻擋在有源層中，這就增加了載流子的輻射復(fù)合，提高了發(fā)光效率。§6.3LED的性能一、發(fā)光效率1.

量子效率外量子效率：內(nèi)量子效率：§6.3LED的性能一、發(fā)光效率輻射效率為輻射功率與輸入電功率之比輻射功率2.

輻射效率熱功率則

考慮發(fā)光和吸收兩方面的作用，輸出輻射功率

使

e取得最大值時(shí)的最佳dp值可由d

e／dx=0得到對于GaAsP發(fā)光二極管，

＝700cm-1Ln=1

m，得到dpm=2.5

m。輻射功率是正向電流和殼體溫度的函數(shù)。3.

發(fā)光效率發(fā)光效率光通量

v與輸入電功率P之比§6.3LED的性能二、伏安特性

發(fā)光二極管的伏安特性與普通小信號二極管相比，除正向電壓稍高一點(diǎn)外，在電氣性能方面完全相同。GaAs的正向開啟電壓為1V；而GaxAs1-xP和Ga1-xA1xAs的約為1.5V；GaP:ZnO的約為1.8V；GaP:N的為2V幾種材料的正向電流和電壓關(guān)系（1-Ge；2-Si；3-GaAs；4-GaAsP；5-GaP；6-SiC）§6.3LED的性能三、正向電流和亮度特性常用發(fā)光二極管的正向電流在小于1mA區(qū)域內(nèi)亮度與電流的平方成正比，1mA～10mA之間，亮度對電流大致呈直線上升，因此亮度與電流密度成正比。當(dāng)工作電流超過25mA時(shí)，亮度隨電流增長變慢，這是因引線串聯(lián)電阻發(fā)熱的影響增大造成的，若采用脈沖工作來降低發(fā)熱影響，曲線的直線范圍會(huì)擴(kuò)大?？梢杂酶淖冸娏鞯拇笮碚{(diào)整發(fā)光二極管的亮度，質(zhì)量好的發(fā)光二極管在200μA時(shí)即能發(fā)出可見光來。發(fā)光二極管的響應(yīng)速度較快，約為10-5-10-9秒。§6.4LED封裝與應(yīng)用一、LED封裝LED封裝的功能主要包括：機(jī)械保護(hù)，以提高可靠性；加強(qiáng)散熱，以降低芯片結(jié)溫，提高LED性能；光學(xué)控制，提高出光效率，優(yōu)化光束分布；供電管理，包括交流/直流轉(zhuǎn)變，以及電源控制等。LED封裝技術(shù)主要建構(gòu)在五個(gè)主要考慮因素上：光學(xué)取出效率、熱阻、功率耗散、可靠性、性價(jià)比?！?.4LED封裝與應(yīng)用一、LED封裝

表面貼裝式半導(dǎo)體發(fā)光器件，具有體積小、散射角大、發(fā)光均勻性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)光顏色包括白光在內(nèi)的各種顏色，因此被廣泛應(yīng)用在各種電子產(chǎn)品上。1.貼片封裝2.頂模封裝

仿照燈泡的封裝技術(shù)制造出來的燈珠，仿流明燈珠曾經(jīng)是LED大功率照明的代表產(chǎn)品。主要為1W-3W的單顆芯片封裝頂模封裝貼片封裝§6.4LED封裝與應(yīng)用一、LED封裝

將裸芯片用導(dǎo)電或非導(dǎo)電膠粘附在互連基板上，進(jìn)行引線鍵合實(shí)現(xiàn)其電連接，一般是將眾多小的LED芯片整體焊接在一塊基板（鋁基板或者陶瓷基板）上，現(xiàn)在已經(jīng)成為較大功率LED燈珠的主流。3.COB封裝4.集成封裝

在一顆支架上固幾顆芯片后的封裝，支架里面的晶片由串聯(lián)和并聯(lián)方式組合成不同功率的LED。優(yōu)點(diǎn)：總體積小，每瓦功率單價(jià)低，配光較簡單。缺點(diǎn)：熱量集中，總功率要降低規(guī)格使用，以免光衰過快。集成封裝COB封裝§6.4LED封裝與應(yīng)用一、LED封裝5.

發(fā)光效率LED頂層硅膠形狀直接影響其出光效率，一般有扁平，半球形和拋物面形三種形式。其中半球形出光角最大，適合于普通照明應(yīng)用；拋物面出光角最小，適合于局部照明應(yīng)用；而扁平形介于兩者之間，適合于指示照明?！?.4LED封裝與應(yīng)用二、發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)

發(fā)光是以損耗電功率為代價(jià)的。發(fā)光管的供電電源可以是直流也可以是交流，不過與一般白熾燈不同，發(fā)光二極管是一種電流控制器件。

對發(fā)光二極管來說，不管供電電源的電壓如何，只要流過發(fā)光管的正向工作電流在所規(guī)定的范圍之內(nèi)，器件就可正常發(fā)光。直流驅(qū)動(dòng)電路晶體管驅(qū)動(dòng)電路發(fā)光二極管的交流驅(qū)動(dòng)§6.5半導(dǎo)體激光器工作機(jī)制

激光(Laser)取自英文(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)的首字母，意思是受激輻射光放大，按波段可分為可見光、紅外、紫外、X光以及波長可調(diào)諧等幾種。

激光是一種高質(zhì)量的光源，具有以下特點(diǎn)。方向性好。激光發(fā)射后發(fā)散角非常小，激光射出20公里，光斑直徑只有20-30厘米，激光射到38萬公里的月球上，其光斑直徑還不到2公里。單色性好。激光的波長基本一致，譜線寬度很窄，顏色很純，單色性很好。由于這個(gè)特性，激光在通信技術(shù)中應(yīng)用很廣。能量集中。由于激光的發(fā)射能力強(qiáng)，所以亮度很高，它比普通光源高億萬倍，比太陽表面的亮度高幾百億倍。相干性好。激光不同于普通光源，它是受激輻射光，具有極強(qiáng)的相干性，所以稱為相干光。

§6.5半導(dǎo)體激光器工作機(jī)制

激光器的種類很多，可分為固體、氣體、半導(dǎo)體和染料等。固體激光器一般比較堅(jiān)固，脈沖輻射功率高，應(yīng)用較廣泛。半導(dǎo)體激光器體積小、重量輕、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單，特別適合在飛機(jī)、軍艦、車輛、宇宙飛船等上使用。半導(dǎo)體激光器可以通過外加的電場、磁場、溫度、壓力等改變激光的波長，能將電能直接轉(zhuǎn)化為光能，發(fā)展迅猛。氣體激光器以氣體為工作物質(zhì)，波長范圍寬，可達(dá)幾千種，造價(jià)低廉，應(yīng)用最為廣泛，有電能、熱能、化學(xué)能、光能以及核能扽過多種激勵(lì)方式。染料激光器是以液態(tài)染料作為工作物質(zhì)，被稱為液態(tài)激光器，其最大特點(diǎn)是波長連續(xù)可調(diào)。除以上幾種激光器外還有紅外激光器、X射線激光器、化學(xué)激光器、自由能激光器、準(zhǔn)分子激光器、光纖波導(dǎo)激光器等，在工、農(nóng)、醫(yī)以及軍事領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。一、激光器分類§6.5半導(dǎo)體激光器工作機(jī)制

以半導(dǎo)體材料制備的激光器稱為半導(dǎo)體激光器。

半導(dǎo)體激光器就其激勵(lì)方式有：pn結(jié)注入電流激勵(lì)、電子束激勵(lì)、光激勵(lì)、碰撞電離激勵(lì)等。

應(yīng)用最多的是pn結(jié)注入電流激勵(lì)，這種激勵(lì)方式的半導(dǎo)體激光器稱為二極管激光器、或者激光二極管，或者注入型半導(dǎo)體激光器。二極管激光器的種類比較多，按結(jié)構(gòu)可分為法布里一珀羅（F-P）型、分布反饋（FB）型、分布Bragg反饋型（BR）、量子阱（Qw）和垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）；按結(jié)型可分為同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)兩類；按波導(dǎo)機(jī)制可分為增益導(dǎo)引和折射率導(dǎo)引LD；按性能參數(shù)可分為低閾值、高特征溫度、超高速、動(dòng)態(tài)單模、大功率等；按波長可分為可見光、短波長、長波長和超長波等等。一、激光器分類§6.5半導(dǎo)體激光器工作機(jī)制二、二極管激光器工作機(jī)制hνpn有源區(qū)-諧振腔光子限定區(qū)基本特性相干光束—方向、頻率、相位差相同光諧振光子限定受激輻射>受激吸收§6.5半導(dǎo)體激光器工作機(jī)制二、二極管激光器工作機(jī)制產(chǎn)生激光條件1.受激輻射+自發(fā)輻射>受激吸收

受激輻射+自發(fā)輻射≈受激輻射>受激吸收（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）2.光子限定；光子限定于確定區(qū)域。3.光諧振

--產(chǎn)生諧振：使增益大于損耗；形成單色光?！?.5半導(dǎo)體激光器工作機(jī)制二、二極管激光器工作機(jī)制§6.6半導(dǎo)體激光器工作條件一、有源區(qū)內(nèi)粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布∵pn結(jié)處非平衡狀態(tài)∴用準(zhǔn)費(fèi)米能級1.受激輻射>受激吸收§6.6半導(dǎo)體激光器工作條件一、有源區(qū)內(nèi)粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件物理意義：受激發(fā)射大于受激吸收：導(dǎo)帶底電子占據(jù)幾率>價(jià)帶頂電子占據(jù)幾率。EFn–EFp>hν≥Eg：簡并半導(dǎo)體，但不能使其形成負(fù)阻效應(yīng)粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)--又稱電子限定輻射復(fù)合區(qū)域ECECEVEVEFECEVECEVEFnEFphνpn有源區(qū)-復(fù)合發(fā)光區(qū)np—p型區(qū)折射率；n1—有源區(qū)折射率；nn—n型區(qū)折射率。根據(jù)斯涅耳(SnellLaw):θc1

=arcsin(np/n1)θc2

=arcsin(nn/n1)有：n1>np;

n1>nn光波導(dǎo)--又稱光子限定，折射率差是產(chǎn)生光波導(dǎo)效應(yīng)的基礎(chǔ)。光子被反射θc2

θc1

§6.6半導(dǎo)體激光器工作條件二、有源區(qū)光子限定產(chǎn)生激光需相干光，