半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)和工作原理半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)和工作原理1.半導(dǎo)體的基本概念2.半導(dǎo)體激光器的工作原理3.半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)1.半導(dǎo)體的基本概念（1）本征半導(dǎo)體的能帶分布（2）P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的形成（3）P-N結(jié)的形成（1）本征半導(dǎo)體的能帶分布本征半導(dǎo)體就是指沒(méi)有任何外來(lái)雜質(zhì)的理想半導(dǎo)體。由于半導(dǎo)體本身是固體，原子排列緊密，使得電子軌道相互重疊，從而使半導(dǎo)體的分立能級(jí)形成了能帶。（1）本征半導(dǎo)體的能帶分布導(dǎo)帶：其中的電子具有導(dǎo)電作用價(jià)帶：可能被電子占滿(mǎn)，也可能被占據(jù)一部分滿(mǎn)帶：電子填充能帶時(shí)，總是從能量最低的能帶向上填充，滿(mǎn)帶被電子占滿(mǎn)，其中的電子不起導(dǎo)電作用禁帶Eg費(fèi)米能級(jí)Ef（2）P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的形成如果向本征半導(dǎo)體內(nèi)摻入不同雜質(zhì)元素，則相當(dāng)于給半導(dǎo)體材料提供導(dǎo)電的電子或空穴。將向本征半導(dǎo)體材料摻入提供電子的雜質(zhì)元素后而形成的半導(dǎo)體材料稱(chēng)為N型半導(dǎo)體，它屬于電子導(dǎo)電型；將向本征半導(dǎo)體材料摻入提供空穴的雜質(zhì)元素后而形成的半導(dǎo)體材料稱(chēng)為P型半導(dǎo)體，它屬于空穴導(dǎo)電型。（3）P-N結(jié)的形成當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，即形成P-N結(jié)。由于相互間的擴(kuò)散作用，使得靠近界面的地方，N區(qū)剩下帶正電的離子，P區(qū)剩下帶負(fù)電的離子，在結(jié)區(qū)形成空間電荷區(qū)。（3）P-N結(jié)的形成由于空間電荷區(qū)的存在，出現(xiàn)了一個(gè)由N指向P的電場(chǎng)，稱(chēng)為內(nèi)建電場(chǎng)。P－N結(jié)形成后的能帶分布結(jié)區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)的作用將使得P區(qū)的電子電位能相對(duì)于N區(qū)提高此時(shí)的P-N結(jié)是一個(gè)熱平衡系統(tǒng)，有一個(gè)統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)。2.半導(dǎo)體激光器的工作原理當(dāng)給P-N結(jié)外加正向偏壓（即P接正、N接負(fù)）后，P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子不斷注入P-N結(jié)，破壞了原來(lái)的熱平衡狀態(tài)，在P-N結(jié)出現(xiàn)了兩個(gè)費(fèi)米能級(jí)。2.半導(dǎo)體激光器的工作原理在N區(qū)，由于E<EFN，各能級(jí)被電子占據(jù)的概率大于1/2，表示處于高能級(jí)在P區(qū)，由于E>EFP，各能級(jí)被電子占據(jù)的概率小于1/2，表示處于低能級(jí)可見(jiàn)，當(dāng)外加正向偏壓后，在P-N結(jié)區(qū)，出現(xiàn)了高能級(jí)粒子數(shù)多，低能級(jí)粒子數(shù)少的狀態(tài)，即粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)。2.半導(dǎo)體激光器的工作原理當(dāng)P-N結(jié)外加正向偏壓足夠大時(shí)，將使得結(jié)區(qū)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，即出現(xiàn)受激輻射>受激吸收產(chǎn)生光的放大被放大的光在由P-N結(jié)構(gòu)成的光學(xué)諧振腔（諧振腔的兩個(gè)反射鏡是由半導(dǎo)體材料的天然解理面形成）中來(lái)回反射，不斷增強(qiáng)，當(dāng)滿(mǎn)足閾值條件后可發(fā)出激光。激光器的閾值條件激光器能產(chǎn)生激光振蕩的最低限度稱(chēng)為激光器的閾值條件。結(jié)論：激光器的閾值條件只決定于光學(xué)諧振腔的固有損耗，損耗越小，閾值條件越低，激光器就越容易起振。Gt稱(chēng)為閾值增益系數(shù)3.半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)用半導(dǎo)體材料作為激活物質(zhì)的激光器，稱(chēng)為半導(dǎo)體激光器。在半導(dǎo)體激光器中，從光振蕩的形式上來(lái)看，主要有兩種方式構(gòu)成的激光器：一種是用天然解理面形成的F-P腔（法布里-珀羅諧振腔），稱(chēng)為F-P腔激光器另一種是分布反饋型（DFB）激光器3.半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)F-P腔激光器從結(jié)構(gòu)上可分為同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器單異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器3.半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器它是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體激光器。其核心部分是一個(gè)P-N結(jié)，由結(jié)區(qū)發(fā)出激光。它不能在室溫下連續(xù)工作，只有異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器