为什么双异质结半导体激光器比同质结半导体激光器有低得多的阈值电流密度

异质结就是由带隙及折射率都不同的两种半导体材料构成的PN结。同质结就是同一种半导体形成的结。双异质结是利用不同折射率的材料对光波进行限制，利用不同带隙的材料对载流子进行限制。拿P-P-N型双异质结激光器来说，注入到“结”界面处的载流子受到异质结的阻挡，形成很好的侧向限制，产生所谓的超注入现象。这就像是十字路口堵车一样，这些载流子挤在一块，导致密度显著增加，只要加很小的泵浦电压即可以实现粒子束反转。而同质结激光器则没有这种情况，它的能带图不像双异质结的那样在“结”处有褶皱，而是平坦的，载流子不会在“结”处拥堵，密度远小于双异质结在“结”处的载流子密度。这导致了泵浦时它们阈值电流密度的差异。

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下图为双异质结(DH)平面条形结构，这种结构由三层不同类型半导体材料构成，不同材料发射不同的光波长。

图中标出所用材料和近似尺寸。结构中间有一层厚0.1~0.3 μm的窄带隙P型半导体，称为有源层；两侧分别为宽带隙的P型和N型半导体，称为限制层。三层半导体置于基片(衬底)上，前后两个晶体解理面作为反射镜构成法布里-珀罗(F-P)谐振腔

DH激光器工作原理：

由于限制层的带隙比有源层宽，施加正向偏压后， P层的空穴和N层的电子注入有源层。 P层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒，注入到有源层的电子不可能扩散到P层。 同理， 注入到有源层的空穴也不可能扩散到N层。这样，注入到有源层的电子和空穴被限制在厚0.1~0.3 μm的有源层内形成粒子数反转分布，这时只要很小的外加电流，就可以使电子和空穴浓度增大而提高效益。

另一方面，有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有源区内，因而电/光转换效率很高，输出激光的阈值电流很低，很小的散热体就可以在室温连续工作。

图 3.6 DH激光器工作原理(a) 双异质结构； (b) 能带； (c) 折射率分布； (d) 光功率分布

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