激光二极管的物理结构是在发光二极管的结之间放置一层具有光活性的半导体,其端面经过抛光后具有部分反射功能,从而形成光学谐振腔。在正向偏置的情况下,LED结发光并与光学谐振腔相互作用,从而进一步激发结发出单波长光,这种光的物理性质与材料有关。
半导体激光二极管的工作原理与气体激光器在理论上是一样的。图1(b)是激光二极管的代表性符号。激光二极管已广泛应用于低功率光电器件,如计算机的光盘驱动器和激光打印机的打印头。
激光二极管的简单原理
半导体中的光发射通常是载流子复合的结果。在半导体的PN结上加直流电压,会削弱PN结势垒,迫使电子通过PN结从N区注入P区,空穴通过PN结从P区注入N区。注入PN结的不平衡电子和空穴会复合,从而发出波长为λ的光子。公式如下:
λ=hc/Eg (1)
其中:h-普朗克常数;c——光速;半导体的带隙宽度。
上述由于电子和空穴的自发复合而发光的现象称为自发辐射。自发发射产生的光子在穿过半导体时,一旦经过发射的电子-空穴对附近,就能激发两者复合产生新的光子。这个光子诱导受激载流子复合,发出新的光子,称为受激辐射。如果注入电流足够大,就会形成与热平衡态相反的载流子分布,即粒子数反转。当有源层中大量载流子反转时,自发发射产生的少量光子由于谐振腔两端的往复反射而产生诱导辐射,产生选频共振的正反馈,或在某一频率获得增益。当增益大于吸收损耗时, 从PN结可以发射出具有良好谱线的相干光——激光,这就是激光二极管的简单原理。
随着工艺和技术的发展,目前实际使用的半导体激光二极管具有复杂的多层结构。图2示出了日本三洋公司的红色半导体激光二极管的结构。图3是低功率激光管的截面图。从图中可以看出,激光器芯片贴在散热片上散热,PIN光电二极管密封在激光器芯片下部附近的管座上。图4显示了普通激光二极管的形状。从图中可以看出,小功率激光管有三个管脚,因为管内还封装了一个光电二极管来监测激光管的工作电流。
更多信息请关注苏州银邦电子。