半导体激光器原理与制作SemiconductorlaserdiodePrinciple&Fabrication主要内容1.半导体物理根底知识2.半导体激光器作业原理3.作业特性及参数4.结构及制作工艺5.面发射激光器半导体物理根底知识能带理论直接带隙和直接带隙半导体能带中电子和空穴的散布量子跃迁半导体异质结半导体激光器的资料挑选能带理论:晶体华夏子能级割裂晶体中的电子作共有化运动，所以电子不再归于某一个原子，而是归于整个晶体共有晶体华夏子间相互效果，导致能级割裂，因为原子数目巨大，所以割裂的能级十分密布，认为是准接连的，即构成能带电子总是先填充低能级，0K时，价带中填满了电子，而导带中没有电子导体绝缘体半导体能带中电子和空穴的散布导带中绝大多数电子散布在导带底。Ef为费米能级，它在能带中的方位直观的标志着电子占有量子态的状况。费米能级方位高，阐明有较多能量较高的量子态上有电子。能带中电子和空穴的散布N型半导体中的电子和空穴在能级中的散布（热平衡状况）能带中电子和空穴的散布P型半导体中的电子和空穴在能级中的散布（热平衡状况）量子跃迁光的自发发射（是半导体发光的根底）光的受激吸收（是半导体探测器作业的根底）量子跃迁光的受激起射：光子鼓励导带中的电子与价带中的空穴复合，发生一个一切特征（频率、相位、偏振）完全相同的光子。它是半导体激光器的作业原理根底。量子跃迁非辐射跃迁：异质结界面态的复合缺点复合：有源区都是本征资料俄歇复合：对长波长激光器的量子功率、作业稳定性和可靠性都有晦气影响量子跃迁特色：直接带隙和直接带隙半导体直接带隙半导体跃迁几率高，适合做有源区发光资料（如GaAs，InP，AlGaInAs）直接带隙半导体电子跃迁时：始态和终态的波矢不同，必须有相应的声子参加吸收和发射以坚持动量守恒，所以跃迁几率低。半导体异质结异质结的效果：异质结对载流子的约束效果异质结对光场的约束效果异质结的高注入比异质结对光场的约束效果半导体激光器的资料挑选1-能在所需的波长发光2-晶格常数与衬底匹配半导体激光器的作业原理门槛：1有源区载流子回转散布2谐振腔：使受激辐射屡次反应，构成振动3满意阈值条件，使增益损耗，有满足的注入电流。双异质结激光器别离约束异质结单量子阱激光器横模（两个方向）半导体激光器通常是单横模（基模）作业。当高温作业，或电流加大到某些特定的程度，会激起高阶模，导致P-I曲线呈现扭折（Kink），添加了躁声。笔直横模侧横模笔直横模：由异质结各层的厚度和各层之间的折射率差决议。横模（侧横模）1.强折射率扶引的埋葬异质结激光器（BH-LD）折射率扶引激光器（IndexguideLD）横模（侧横模）2.弱折射率扶引激光器：脊波导型激光器（RWG-LD）折射率扶引激光器（IndexguideLD）横模（侧横模）条形激光器增益扶引激光器(GainguideLD)几种典型的折射率扶引激光器远场特性θ随有源区厚度及折射率差的减小而减小。随有源区宽度的减小而增大。减小有源区的宽度，能够使远场更趋向于圆形光斑。减小有源区宽度能够使高阶模截止。F-P腔激光器：多纵模作业DFB激光器单纵模作业F-P腔激光器DFB激光器DFB-LD与DBR-LDF-P-LD与DFB-LD的纵模距离DFB-LD的增益与损耗作业特性1.阈值电流Ith影响阈值电流的要素：有源区的体积：腔长、条宽、厚度资料成长：掺杂、缺点、均匀性解理面、镀膜电场和光场的约束水平随温度添加，损耗系数添加，漏电流添加，内量子功率下降，这一些都会使阈值电流密度添加作业特性2.特征温度To（表征激光器的温度稳定性）：测验：ToΔLn（Ith）影响To的要素：约束层与有源层的带隙差ΔEg对InGaAsP长波长激光器，To随温度上升而减小ΔEg作业特性3.外微分量子功率ηd（斜率功率）：能够直观的用来比较不同的激光器功能的好坏。外微分量子功率并不是越大越好，假如太大，光功率输出随注入灵敏度太高，器材简单被损坏。作业特性F-P-LD与DFB-LD的频率啁啾作业特性5.光谱宽度6边模按捺比7上升/下降时间8串联电阻各特性的联系DFB-LD芯片制作一次外延成长光栅制作二次外延成长脊波导制作欧姆触摸、减薄解理成条端面镀膜解理成管芯TO-CAN1.光栅制作1.全息曝光2.干法或湿法刻蚀2.二次外延成长成长：1.低折射率层2.腐蚀中止层3.包层4.帽层：触摸层3.一次光刻一次光刻出双沟图形4.脊波导腐蚀挑选性腐蚀到四元中止层PECVD成长SiO2自对准光刻SiO2腐蚀6.三次光刻：电极图形7.欧姆触摸P面溅射TiPtAuTiAu端面镀膜先解理成条端面镀膜:高反膜\增透膜端面镀膜的效果:1.增大出光功率，2.减小阈值电流高反膜80-90%，增透膜5-10%面发射激光器VerticalCavitySurfaceEmittingLaserVCSEL的长处易于完成二维平面和光电集成；圆形光束易于完成与光纤的有用耦合；有源区尺度极小，可完成高封装密度和低阈值电流；芯片成长后无须解理、封装即可进行在片试验；在很宽的温度和电流范围内都以单纵模作业；成品率高、价格低。管芯截面图湿氮氧化试验设备VCSEL芯片制作一次光刻、干法或湿法腐蚀VCSEL芯片制作湿氮氧化VCSEL芯片制作PECVD成长SiO2，填充聚酰亚胺VCSEL芯片制作
