半导体发光二极管LED和半导体激光器LD的结构、工作原理是什么？它们的特性差别是什么？

它们的结构简单说就是三明治的夹心结构，中间的夹心是有源区。

二者的结构上是相似的，但是LED没有谐振腔，LD有谐振腔。

LD工作原理是基于受激辐射、LED是基于自发辐射。

LD发射功率较高、光谱较窄、直接调制带宽较宽，而LED发射功率较小、光谱较宽、直接调制

带宽较窄。

激光器的工作存在与普通光源不同之处在于，它同时需要激光工作物质（这在半导体激光二极管LD中，激光工作物质即为半导体材料），泵浦（即外加的能量源），谐振腔。

LD和LED的工作时，其体系结构中都存在半导体工作物质和泵浦源，唯一不同的是，LD在其外层通过自然解理形成一重谐振腔，该谐振腔有一定的发光门限条件（即阈值条件）当达到这个条件是，激光器才开始粒子数反转受激发光。当LD的驱动还没达到阈值条件时，它的发光机理其实和LED是没有明显区别的。

半导体激光器的调制带宽是指可以输出的或者加载的最高信号速率（对数字信号而言），或者是输出（或加载的）模拟信号的最大带宽。

提高激光器的调制带宽，可以采取以下措施：

①有源区采用应变(抵偿)多量子阱结构-量子阱激光器阱材料由于在平行于阱面方向受到双轴压应变和垂直于阱面方向的拉伸应变，其价带顶的重空穴能级上升，而且这种价带发生退简并，使电子从自旋轨道分裂带向重孔穴带的跃迁几率近似等于零，使室温下的俄歇复合几率减小，从而导致这种量子阱激光器的阈值电流下降，线宽增强因子减小以及弛豫振荡频率、调制带宽、微分增益系数显著提高。

②有源区p型掺杂 p型掺杂可减小穿过SCH区域时的空穴输运，这对高速量子阱器件是主要的限制p型掺杂可以得到非常高的微分增益，并且使量子阱中载流子的分布更加均匀。 若有源区Zn掺杂浓度接近1018cm-3时，其3dB带宽可达25GHz而且掺杂还可使器件的振荡频率增加到30GHz腔长为300μm此外，重掺杂还有利于降低线宽增强因子和进一步提高微分增益，这些都有利于提高器件的调制特性。

③降低电学寄生参数-为了降低高速激光器的电学寄生参数，尤其是寄生电容，可采用半绝缘Fe-InP再生长掩埋技术，同时还需减小电极面积采用自对准窄台面结构(SA -CM以减小器件的寄生电容。人们还常利用填充聚酰亚胺的方法来减小寄生电容。

④提高激光器内部光子浓度和微分增益-增加激光器腔内的光子浓度，可增加本征谐振频率。利用DFB结构使激射波长与增益峰波长为负失谐(-10nm可以提高微分增益，这些都可以增加-3dB调制带宽。 以上分析了限制半导体激光器高速调制特性的因素以及提高激光器调制带宽的途径，这些因素之间与其静态特性之间是相互影响的所以在设计高速激光器时，还需考虑其他特性，如阈值、温度特性等。

固态物质中，允许大量电子自由自在地在它里面流动的叫导体；只允许极少数电子通过的叫绝缘体；导电性低于导体又高于绝缘体的叫半导体。激光工作物质采用半导体的激光器叫半导体激光器。尽管半导体本身也是一种固体，而且发光机理就本质上讲与固体激光器没有多大差别。但由于半导体物质结构不同，产生激光的受激辐射跃迁的高能级和低能级分别是“导带”和“价带”，辐射是电子与“空穴”复合的结果，具有其特殊性，所以没有将它列入固体激光器。

半导体激光工作物质有几十种，较为成熟的是砷化镓（GaAs）、掺铝砷化镓等。激励方式有光泵浦、电子轰击、电注入式等。

半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构简单，因此，特别适于在飞机、军舰、车辆和宇宙飞船上使用。有些半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长，即所谓的调谐，可以很方便地对输出光束进行调制；半导体激光器的波长范围为0.32～34微米，较宽广。它能将电能直接转换为激光能，效率已达10%以上。所有这些都使它受到重视，所以发展迅速，目前已广泛应用于激光通信、测距、雷达、模拟、警戒、引燃引爆和自动控制等方面。

半导体激光器最大的缺点是：激光性能受温度影响大，比如砷化镓激光，当温度从绝对温度77°K变到室温时，激光波长从0.84变到0.91微米。另外，效率虽高，但因体积小，总功率并不高，室温下连续输出不过几十毫瓦，脉冲输出只有几瓦到几十瓦。光束的发散角，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。

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