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第八章第八章 发光二极管和半导体激光器发光二极管和半导体激光器1907.Round1907.Round发现电流通过硅检波器时有黄光发生发现电流通过硅检波器时有黄光发生1923.1923.LossevLossev在碳化硅检波器中观察到类似现象在碳化硅检波器中观察到类似现象1955.1955.BraunsteinBraunstein首次在首次在Ⅲ-ⅤⅢ-Ⅴ族化合物中观察到辐射复合族化合物中观察到辐射复合1961.1961.GershenzonGershenzon观察到磷化镓观察到磷化镓PNPN结发光结发光1962.1962.砷化镓发光二极管和激光器研制成功砷化镓发光二极管和激光器研制成功1970.1970.砷化镓砷化镓- -铝镓砷激光器实现室温连续铝镓砷激光器实现室温连续8.1 8.1 辐射复合与非辐射复合辐射复合与非辐射复合8.18.1辐射复合和非辐射复合辐射复合和非辐射复合辐射复合辐射复合：在复合过程中电子多余的能量可以以辐射的形式（发射光子）：在复合过程中电子多余的能量可以以辐射的形式（发射光子）释放出来，这种复合称为辐射复合，它是光吸收的逆过程释放出来，这种复合称为辐射复合，它是光吸收的逆过程。

非辐射复合非辐射复合：在复合过程中电子的多余能量也可以以其它形式释放出来，：在复合过程中电子的多余能量也可以以其它形式释放出来，而不发射光子，这种复合称为非辐射复合而不发射光子，这种复合称为非辐射复合 光电器件利用的是辐射复合过程，非辐射复合过程则是不利的了解半导光电器件利用的是辐射复合过程，非辐射复合过程则是不利的了解半导体中辐射复合过程和非辐射复合过程是了解光电器件的工作机制和进行器件体中辐射复合过程和非辐射复合过程是了解光电器件的工作机制和进行器件设计的基础设计的基础 8.1.1辐射复合辐射复合 1.带间辐射复合 带间辐射复合是导带中的电子直接跃迁到价带与价带中的空穴复合发射的光子的能量接近等于半导体材料的禁带宽度 由于半导体材料能带结构的不同，带间辐射复合又可以分为直接辐射由于半导体材料能带结构的不同，带间辐射复合又可以分为直接辐射复合和间接辐射合两种复合和间接辐射合两种:导带价带导带价带图图8-1 带带间间复复合合：：（（a））直直接接能隙复合（能隙复合（b）间接能隙复合）间接能隙复合8.1.1 辐射复合辐射复合直接辐射复合直接辐射复合对于直接带隙半导体，导带极小值和价带极大值发生在布里渊区同一对于直接带隙半导体，导带极小值和价带极大值发生在布里渊区同一点点如图如图8.1a8.1a所示。

所示电子在跃迁过电子在跃迁过程中必须遵守能量守恒和准动量守恒程中必须遵守能量守恒和准动量守恒准动量守恒要求准动量守恒要求 （（8-18-1）） = =跃迁前电子的波矢量跃迁前电子的波矢量= =跃迁后电子的波矢量跃迁后电子的波矢量 = =跃迁过程中辐射的光子的波矢量跃迁过程中辐射的光子的波矢量布里渊区  Brillouin zone 固体的能带理论中，各种电子态按照它们波矢的分类在波矢固体的能带理论中，各种电子态按照它们波矢的分类在波矢空间中取某一倒易阵点为原点，作所有倒易点阵矢量的垂直平空间中取某一倒易阵点为原点，作所有倒易点阵矢量的垂直平分面，这些面波矢空间划分为一系列的区域：其中最靠近原点分面，这些面波矢空间划分为一系列的区域：其中最靠近原点的一组面所围的闭合区称为第一布里渊区；在第一布里渊区之的一组面所围的闭合区称为第一布里渊区；在第一布里渊区之外，由于一组平面所包围的波矢区叫第二布里渊区；依次类推外，由于一组平面所包围的波矢区叫第二布里渊区；依次类推可得第三、四、可得第三、四、……等布里渊区。

各布里渊区体积相等，都等于等布里渊区各布里渊区体积相等，都等于倒易点阵的元胞体积周期结构中的一切波在布里渊区界面上倒易点阵的元胞体积周期结构中的一切波在布里渊区界面上产生布喇格反射产生布喇格反射, ,对于电子德布罗意波对于电子德布罗意波, ,这一反射可能使电子能这一反射可能使电子能量在布里渊区界面上（即倒易点阵矢量的中垂面）产生不连续量在布里渊区界面上（即倒易点阵矢量的中垂面）产生不连续变化根据这一特点变化根据这一特点,1930,1930年年L.-N.L.-N.布里渊首先提出用倒易点阵布里渊首先提出用倒易点阵矢量的中垂面来划分波矢空间的区域，从此被称为布里渊区矢量的中垂面来划分波矢空间的区域，从此被称为布里渊区 倒易点阵倒易点阵将空间点阵（真点阵或实点阵将空间点阵（真点阵或实点阵) )经过倒易变换，就得到经过倒易变换，就得到倒易点阵倒易点阵. .倒易点阵的外形也很象点阵，但其上的节点倒易点阵的外形也很象点阵，但其上的节点是对应着真点阵的一组晶面倒易点阵的空间称为倒是对应着真点阵的一组晶面倒易点阵的空间称为倒易空间易空间. . 倒易点阵与正点阵的关系倒易点阵与正点阵的关系真点阵中的一组晶面（hkl），在倒易空间中将用一个点Ｐhkl表示（如图所示），点子与晶面有倒易关系，关系为：点子取在（hkl）的法面上，且Ｐhkl点到倒易点阵原点的距离与（hkl）面间距反比。

从原点到Ｐhkl点矢量Ｈ hkl称为倒易矢量，其大小Ｈ hkl=k/ d hkl式中k为比例常数，在多数场合下取作１，但很多时候亦可令之等于Ｘ射线的波长． 　倒易点阵的性质倒易点阵的性质１１. .倒易矢量倒易矢量r r垂直于正点阵的垂直于正点阵的HKLHKL晶面晶面２２. .倒易矢量长度倒易矢量长度r r等于等于HKLHKL晶面的面间距晶面的面间距d d HKLHKL的倒数的倒数8.1.1辐射复合 （（8-2））(8-2)式说明这种跃迁发生在 空间的同一地点，，因此也被称为竖直跃迁 能量守恒要求能量守恒要求 （（8-3））式中式中 = 跃迁前电子的能量跃迁前电子的能量 = 跃迁后电子的能量跃迁后电子的能量 = 辐射光子的能量辐射光子的能量8.1.1辐射复合间接辐射复合间接辐射复合 在这种半导体中，导带极小值和价带极大值不是发生在布里渊区的同一地点，因此这种跃迁是非在这种半导体中，导带极小值和价带极大值不是发生在布里渊区的同一地点，因此这种跃迁是非竖直跃迁。

准动量守恒要求在跃进过程中必须伴随声子的吸收或放出即竖直跃迁准动量守恒要求在跃进过程中必须伴随声子的吸收或放出即 （8-4）为声子的波矢，正号表示放出声子，负号表示吸收声子，相应能量守恒的为声子的波矢，正号表示放出声子，负号表示吸收声子，相应能量守恒的条件为条件为 （8-5）为声子频率为声子频率一般比电子能量小得多，可以略去一般比电子能量小得多，可以略去为声子的能量，为声子的能量，8.1.1辐射复合 2.浅能级和主带之间的复合 它可以是浅施主与价带空穴或浅受主与导带电子之间的的复合，，如图8-2所示图图8-2 浅能级杂质与主带的复合浅能级杂质与主带的复合8.1.1辐射复合 3.施主 受主对（（D-A对））复合 施主施主 受主对复合是施主俘获的电子和受主俘获的空穴之间的复合在复合过程中发射光子光受主对复合是施主俘获的电子和受主俘获的空穴之间的复合在复合过程中发射光子光子的能量小于禁带宽度这是辐射能量小于禁带宽度的一种重要的复合发光机制，这种复合子的能量小于禁带宽度。

这是辐射能量小于禁带宽度的一种重要的复合发光机制，这种复合也称为也称为D-A对复合 D-A对复合模型认为，当施主杂质和受主杂质同时以替位原子进入晶格对复合模型认为，当施主杂质和受主杂质同时以替位原子进入晶格格点并形成近邻时，这些集结成对的施主和受主系统由于距离较近，波函数相互交叠使施主格点并形成近邻时，这些集结成对的施主和受主系统由于距离较近，波函数相互交叠使施主和受主各自的定域场消失而形成偶极势场，从而结合成施主和受主各自的定域场消失而形成偶极势场，从而结合成施主 受主对联合发光中心，称为受主对联合发光中心，称为D-A对 D-A对发光中心的能级如图对发光中心的能级如图8-3所示图图8-3D－－A 对复合能级图对复合能级图8.1.1辐射复合 3.施主－－受主对复合 施主俘获电子，受主俘获空穴之后都呈电中性状态施主上的电子与受主上的空穴施主俘获电子，受主俘获空穴之后都呈电中性状态施主上的电子与受主上的空穴复合后，施主再带正电，受主再带负电所以复合后，施主再带正电，受主再带负电所以D－－A对复合过程是中性组态产生电对复合过程是中性组态产生电离施主离施主 受主对的过程，故复合是具有库仑作用的。

跃迁中库仑作用的强弱取决于受主对的过程，故复合是具有库仑作用的跃迁中库仑作用的强弱取决于施主与受主之间的距离的大小粗略地以类氢原子模型处理施主与受主之间的距离的大小粗略地以类氢原子模型处理D－－A对中心在没有对中心在没有声子参与复合的情况下，发射的光子能量为声子参与复合的情况下，发射的光子能量为 （8-6）8.1辐射复合3.施主受主对复合施主受主对复合对于对于 材料，不同杂质原子和它们的替位状态会造成对的电离能不同例如：材料，不同杂质原子和它们的替位状态会造成对的电离能不同例如：氧施主和碳受主杂质替代磷的位置，在温度为氧施主和碳受主杂质替代磷的位置，在温度为 时，时， ；而氧施主；而氧施主杂质是磷替位和锌受主杂质是镓替位，在温度为杂质是磷替位和锌受主杂质是镓替位，在温度为 时，时， D-A对的发光在室温下由于与声子相互作用较强，很难发现对的发光在室温下由于与声子相互作用较强，很难发现D－－A对复合的线光对复合的线光谱但是，在低温下可以明显地观察到对发射的线光谱系列。

这种发光机构已为实谱但是，在低温下可以明显地观察到对发射的线光谱系列这种发光机构已为实验证实并对发光光谱作出了合理的解释验证实并对发光光谱作出了合理的解释8.1辐射复合4.通过深能级的复合通过深能级的复合电子和空穴通过深能级复合时，辐射的光子能量远小于禁带宽度，发射光的电子和空穴通过深能级复合时，辐射的光子能量远小于禁带宽度，发射光的波长远离吸收边对于窄禁带材料，要得到可见光是困难的，但对于宽禁带波长远离吸收边对于窄禁带材料，要得到可见光是困难的，但对于宽禁带材料，这类发光还是有实际意义的，例如材料，这类发光还是有实际意义的，例如 中的红色发光，便是属于这类中的红色发光，便是属于这类复合深能级杂质除了对辐射复合有影响外，往往是造成非辐射复合的根源，特别深能级杂质除了对辐射复合有影响外，往往是造成非辐射复合的根源，特别是在直接带隙材料中更是如此所以在实际工作中，往往需要尽量减少深能是在直接带隙材料中更是如此所以在实际工作中，往往需要尽量减少深能级，以提高发光效率级，以提高发光效率8.1辐射复合5.激子复合 如果半导体吸收能量小于禁带宽度的光子，电子被从价带激发但由于库仑作用，如果半导体吸收能量小于禁带宽度的光子，电子被从价带激发。

但由于库仑作用，它仍然和价带中留下的空穴联系在一起，形成束缚状态这种被库仑能束缚在一它仍然和价带中留下的空穴联系在一起，形成束缚状态这种被库仑能束缚在一起的电子起的电子-空穴对就称为激子如果激子复合以辐射方式释放能量，就可以形成发空穴对就称为激子如果激子复合以辐射方式释放能量，就可以形成发光过程 自由激子：自由激子： 对于直接带隙半导体材料，自由激子复合发射光子的能量为对于直接带隙半导体材料，自由激子复合发射光子的能量为 式中式中 为激子能级为激子能级 对于间接带隙半导体材料，自由激子复合发射光子的能量为对于间接带隙半导体材料，自由激子复合发射光子的能量为式中式中 表示吸收或放出能量为表示吸收或放出能量为 的的 个声子8-7）（8-8） 8.1.1辐射复合5.激子复合束缚激子：束缚激子：若激子对杂质的结合能为若激子对杂质的结合能为 ，则其发射光谱的峰值为，则其发射光谱的峰值为 是材料和束缚激子的中心的电离能是材料和束缚激子的中心的电离能 的函数近年来，在发光材料的研究中，发的函数近年来，在发光材料的研究中，发现束缚激子的发光起重要作用，而且有很高的发光效率。

如现束缚激子的发光起重要作用，而且有很高的发光效率如 材料中材料中 对对 产生的束缚激子引起红色发光氮等电子陷阱产生的束缚激子引起绿色发光这两种产生的束缚激子引起红色发光氮等电子陷阱产生的束缚激子引起绿色发光这两种发光机制使发光二极管的发光效率大大提高，成为发光二极管的主要发光机制激子发光机制使发光二极管的发光效率大大提高，成为发光二极管的主要发光机制激子发光的研究越来越受到人们的重视发光的研究越来越受到人们的重视8-9） 8.1.1 辐射复合辐射复合6 6、等电子陷阱复合、等电子陷阱复合 等电子杂质等电子杂质：周期表内与半导体基质原子同族的原子周期表内与半导体基质原子同族的原子等等电电子子陷陷阱阱：：由由等等电电子子杂杂质质代代替替晶晶格格基基质质原原子子而而产产生生的的束束缚缚态态由由于于等等电电子子杂杂质质与与被被替替位位的的原原子子之之间间的的电电负负性性和和原原子子半半径径等等方方面面是是不不同同的的，，因因而而引引起起晶晶格格势势场场畸畸变变，，可可以以束束缚缚电电子子或或空空穴穴形形成成带带电电中中心心，，就就象象在在等等电电子子杂杂质质的的位位置置形形成成陷陷阱阱，，将将电电子子或或空空穴穴陷陷着着，，故称为等电子陷阱。

故称为等电子陷阱 8.1.1 辐射复合辐射复合 如如果果等等电电子子杂杂质质的的电电负负性性比比晶晶格格原原子子的的电电负负性性大大，，则则可可以以形形成成电电子子的的束束缚缚态态，，这这样样的的等等电电子子陷陷阱阱也也可可称称为为等等电电子子的的电电子子陷陷阱，这样的杂质称为等电子受主阱，这样的杂质称为等电子受主( (如氮原子取代中如氮原子取代中GaPGaP磷原子磷原子) ) 如如果果等等电电子子杂杂质质的的电电负负性性比比晶晶格格原原子子的的电电负负性性小小，，则则形形成成空空穴穴的的束束缚缚态态，，称称为为等等电电子子的的空空穴穴陷陷阱阱，，产产生生这这种种束束缚缚态态的的杂杂质质称为等电子施主称为等电子施主( (如铋原子取代如铋原子取代GaPGaP中磷原子中磷原子) ) 当当等等电电子子陷陷阱阱俘俘获获了了某某一一种种载载流流子子以以后后，，成成为为带带电电中中心心，，这这个个带带电电中中心心又又由由库库仑仑作作用用而而俘俘获获带带电电符符号号相相反反的的载载流流子子，，形形成成束缚激子当激子复合时，就能以发射光子的形式释放能量束缚激子当激子复合时，就能以发射光子的形式释放能量。

8.1.1辐射复合 6.等电子陷阱复合等电子陷阱复合 等电子杂质对电子的束缚是短程力，因此，被束缚的电子定域在杂质原等电子杂质对电子的束缚是短程力，因此，被束缚的电子定域在杂质原子附近很窄的范围内电子的波函数在位形空间中的定域是很确定的子附近很窄的范围内电子的波函数在位形空间中的定域是很确定的根据海森堡测不准关系，电子波函数在动量空间中会扩展到很宽的范围，根据海森堡测不准关系，电子波函数在动量空间中会扩展到很宽的范围，因而被束缚在等电子陷阱的电子在因而被束缚在等电子陷阱的电子在 空间中从空间中从 到到X的几率改变，使电子的几率改变，使电子在在 点的几率密度点的几率密度 提高，如图提高，如图8-5所示氮等电子陷阱的引入，使所示氮等电子陷阱的引入，使 点点出现电子的几率比间接跃迁的出现电子的几率比间接跃迁的 材料提高材料提高3个数量级左右，从而使电个数量级左右，从而使电子通过等电子陷阱实现跃迁而无需声子参与，大大地提高子通过等电子陷阱实现跃迁而无需声子参与，大大地提高 的发光效率的发光效率 。

8.1.2非辐射复合非辐射复合2.2.俄歇俄歇( (Auger)Auger)过程过程 图图8-7俄歇过程俄歇过程8.1.2非辐射复合非辐射复合2.2.俄歇俄歇( (Auger)Auger)过程过程 图图8-7俄歇过程俄歇过程8.1.2非辐射复合非辐射复合2.2.俄歇俄歇( (Auger)Auger)过程过程 图图8-7俄歇过程俄歇过程8.1.28.1.2非辐射复合非辐射复合3.表面复合晶体表面处晶格的中断，产生能从周围吸附杂质的悬挂键因而能够产晶体表面处晶格的中断，产生能从周围吸附杂质的悬挂键因而能够产生高浓度的深的和浅的能级，它们可以充当复合中心虽然对这些表面生高浓度的深的和浅的能级，它们可以充当复合中心虽然对这些表面态的均匀分布没有确定的论据，当假定是均匀分布时，表面态的分布为态的均匀分布没有确定的论据，当假定是均匀分布时，表面态的分布为 ，与实验的估计良好地一致与实验的估计良好地一致8.2 8.2 LEDLED的基本结构和工作过程的基本结构和工作过程LED LED 的基本结构和工作过程的基本结构和工作过程LED LED 的基本结构是正向工作的的基本结构是正向工作的PN PN 结。

半导体材料的结半导体材料的选择主要是根据所需发光的光波长：选择主要是根据所需发光的光波长： E Eg g= =h hνν 或或 E Eg g( (eVeV)=1.24/λ(μm))=1.24/λ(μm)典型的平面结构镓砷磷红光二极管的结构示意图典型的平面结构镓砷磷红光二极管的结构示意图图中所示氮化硅既作为光刻掩膜，又作为最后器件图中所示氮化硅既作为光刻掩膜，又作为最后器件的保护层上电极为纯铝，下电极为金的保护层上电极为纯铝，下电极为金−锗锗−镍，比镍，比例为例为AuAu: :GeGe =88:12=88:12，，Ni Ni ：：5 5∼ ∼12%12%其中GeGe 是施主掺是施主掺杂剂Au Au 起欧姆接触作用和覆盖作用，利于键合起欧姆接触作用和覆盖作用，利于键合Ni Ni 增加粘润性和均匀性增加粘润性和均匀性8.2 8.2 LEDLED的基本结构和工作过程的基本结构和工作过程 平面结构镓砷磷红光二极管的结构示意图平面结构镓砷磷红光二极管的结构示意图 图图8-9 8-9 磷化镓发光二极管磷化镓发光二极管 （（a a））磷化镓发光二极管管芯截面图磷化镓发光二极管管芯截面图 （（b b））封装后的磷化镓发光二极管封装后的磷化镓发光二极管 电致发光电致发光当正向偏压加于当正向偏压加于PN PN 结的两端时，载流子注入穿越结的两端时，载流子注入穿越PN PN 结，使得载流子浓度超过热平衡值，形成过量载流子。

结，使得载流子浓度超过热平衡值，形成过量载流子过量载流子复合，能量以热（声子）或光（光子）的过量载流子复合，能量以热（声子）或光（光子）的形式释放在光子发射过程中，我们从偏压的电能量形式释放在光子发射过程中，我们从偏压的电能量得到光能量这种现象称为电致发光图得到光能量这种现象称为电致发光图8-10 8-10 以图解以图解说明了说明了PN PN 结的电致发光在结的电致发光在P P 侧，注入的非平衡少数侧，注入的非平衡少数载流子电子从导带向下跃迁与价带中的空穴复合，发载流子电子从导带向下跃迁与价带中的空穴复合，发射能量为射能量为EgEg 的光子在的光子在PN PN 结的结的N N 侧，注入的非平衡侧，注入的非平衡少数载流子空穴与导带电子复合，同样发出能量为少数载流子空穴与导带电子复合，同样发出能量为EgEg 的光子8.2 8.2 LEDLED的基本结构和工作过程的基本结构和工作过程 PN PN结的电致发光结的电致发光图图8-10 8-10 P-NP-N的电致发光结：（的电致发光结：（a a））零偏压，（零偏压，（b b））正向偏压正向偏压V8.3 LED8.3 LED的特性参数的特性参数 8.3.1 V-I8.3.1 V-I特性特性 发光二极管的电流发光二极管的电流——电压特性和普通二极管大体一致。

电压特性和普通二极管大体一致发光二极管的开启电压很低，发光二极管的开启电压很低， 是是1.01.0伏，伏， 、、 大约大约1.51.5伏 （红光）大约（红光）大约1.81.8伏，伏， （绿光）大约（绿光）大约2.02.0伏工作电流约为伏工作电流约为10 10 工作电压和工作电流低，使得可以把它们做的很小，以至于压和工作电流低，使得可以把它们做的很小，以至于看作点光源，这使得看作点光源，这使得LEDLED极适宜用于光显示极适宜用于光显示•LED的特性极限参数的意义（1）允许功耗:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值超过此值，LED发热、损坏2）最大正向直流电流：允许加的最大的正向直流电流超过此值可损坏二极管3）最大反向电压：所允许加的最大反向电压超过此值，发光二极管可能被击穿损坏4）工作环境:发光二极管可正常工作的环境温度范围低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低•电参数的意义（1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图所示。

由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ的光强最大，该波长为峰值波长 （2）发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位3）光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度. （4）半值角θ1/2和视角：θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角•（5）正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值•（6）正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的一般是在•IF=20mA时测得的发光二极管正向工作电压VF在1.4～3V在外界温度升高时，VF将下降•（7）V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图4表示 ，在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光由V-I曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数正向的发光管反向漏电流IR<10μA以下 8.3.2 8.3.2 量子效率量子效率•量子效率是发光二极管特性中一个与辐射量有关的重量子效率是发光二极管特性中一个与辐射量有关的重要参数。

它反映了注入载流子复合产生光量子的率它反映了注入载流子复合产生光量子的率量子效率又有内量子效率和外量子效率两个概念量子效率又有内量子效率和外量子效率两个概念: :•外量子效率：单位时间内输出二极管外的光子数目与外量子效率：单位时间内输出二极管外的光子数目与注入的载流子数目之比注入的载流子数目之比•内量子效率：单位时间内半导体的辐射复合产生的光内量子效率：单位时间内半导体的辐射复合产生的光子数与注入的载流子数目之比子数与注入的载流子数目之比半导体激光器•半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件.其工作原理是,通过一定的激励方式,在半导体物质的能带(导带与价带)之间,或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用.半导体激光器的激励方式主要有三种电注入式,光泵式和高能电子束激励式.•电注入式半导体激光器,一般是由GaAs,InAs(砷化铟),InSb(锑化铟)等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射.•光泵式半导体激光器,一般用N型或P型半导体单晶(如GaAs,InAs,InSb等)做工作物质,以其他激光器发出的激光作光泵激励.•高能电子束激励式半导体激光器,一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZnO等)做工作物质,通过由外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件中,目前性能较好,应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器. 发展概况 •半导体激光器又称激光二极管(LD)。

进入八十年代，人们吸收了半导体物理发展的最新成果，采用了量子阱(QW)和应变量子阱(SL-QW)等新颖性结构，引进了折射率调制Bragg发射器以及增强调制Bragg发射器最新技术，同时还发展了MBE、MOCVD等晶体生长技术新工艺，使得新的外延生长工艺能够精确地控制晶体生长，达到原子层厚度的精度，生长出优质量子阱以及应变量子阱材料于是，制作出的LD，其阈值电流显著下降，转换效率大幅度提高，输出功率成倍增长，使用寿命也明显加长 小功率LD•　　用于信息技术领域的小功率LD发展极快例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈(DFB)和动态单模LD、窄线宽可调谐DFB-LD、用于光盘等信息处理技术领域的可见光波长(如波长为670nm、650nm、630nm的红光到蓝绿光)LD、量子阱面发射激光器以及超短脉冲LD等都得到实质性发展这些器件的发展特征是：单频窄线宽、高速率、可调谐以及短波长化和光电单片集成化等高功率LD　　1983年，波长800nm的单个LD输出功率已超过100mW，到了1989年，0.1mm条宽的LD则达到3.7W的连续输出，而1cm线阵LD已达到76W输出，转换效率达39%1992年，美国人又把指标提高到一个新水平：1cm线阵LD连续波输出功率达121W，转换效率为45%。

现在，输出功率为120W、1500W、3kW等诸多高功率LD均已面世高效率、高功率LD及其列阵的迅速发展也为全固化激光器，亦即半导体激光泵浦(LDP)的固体激光器的迅猛发展提供了强有力的条件•　　近年来，为适应EDFA和EDFL等需要，波长980nm的大功率LD也有很大发展最近配合光纤Bragg光栅作选频滤波，大幅度改善其输出稳定性，泵浦效率也得到有效提高 •【特点及应用范围】半导体二极管激光器是实用中最重要的一类激光器它体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出由于这些优点，半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用 半导体激光器的发展 •半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器，60年代早期，很多小组竞相进行这方面的研究在理论分析方面，以莫斯科列别捷夫物理研究所的尼古拉·巴索夫的工作最为杰出 •在1962年7月召开的固体器件研究国际会议上，美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）报告了砷化镓材料的光发射现象，这引起通用电气研究实验室工程师哈尔（Hall）的极大兴趣，在会后回家的火车上他写下了有关数据。

回到家后，哈尔立即制定了研制半导体激光器的计划，并与其他研究人员一道，经数周奋斗，他们的计划获得成功 •像晶体二极管一样，半导体激光器也以材料的p-n结特性为基础，且外观亦与前者类似，因此，半导体激光器常被称为二极管激光器或激光二极管 •　　早期的激光二极管有很多实际限制，例如，只能在77K低温下以微秒脉冲工作，过了8年多时间，才由贝尔实验室和列宁格勒（现在的圣彼得堡）约飞（Ioffe）物理研究所制造出能在室温下工作的连续器件而足够可靠的半导体激光器则直到70年代中期才出现 •半导体激光器体积非常小，最小的只有米粒那样大工作波长依赖于激光材料，一般为0.6～1.55微米，由于多种应用的需要，更短波长的器件在发展中据报导，以Ⅱ～Ⅳ价元素的化合物，如ZnSe为工作物质的激光器，低温下已得到0.46微米的输出，而波长0.50～0.51微米的室温连续器件输出功率已达10毫瓦以上但迄今尚未实现商品化 •光纤通信是半导体激光可预见的最重要的应用领域，一方面是世界范围的远距离海底光纤通信，另一方面则是各种地区网后者包括高速计算机网、航空电子系统、卫生通讯网、高清晰度闭路电视网等但就目前而言，激光唱机是这类器件的最大市场。

其他应用包括高速打印、自由空间光通信、固体激光泵浦源、激光指示，及各种医疗应用等•20世纪60年代初期的半导体激光器是同质结型激光器，它是在一种材料上制作的pn结二极管在正向大电流注人下，电子不断地向p区注人，空穴不断地向n区注人.于是，在原来的pn结耗尽区内实现了载流子分布的反转，由于电子的迁移速度比空穴的迁移速度快，在有源区发生辐射、复合，发射出荧光，在一定的条件下发生激光，这是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器. •半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器，它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如GaAs, GaAlAs所组成，最先出现的是单异质结构激光器(1969年).单异质结注入型激光器(SHLD)是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP一N结的P区之内，以此来降低阀值电流密度，其数值比同质结激光器降低了一个数量级，但单异质结激光器仍不能在室温下连续工作. •1970年，实现了激光波长为900nm室温连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs激光器.双异质结激光器(DHL)的诞生使可用波段不断拓宽，线宽和调谐性能逐步提高，其结构的特点是在P型和n型材料之间生长了不掺杂的，具有较窄能隙材料的一个薄层，因此注人的载流子被限制在该区域内(有源区)，因而注人较少的电流就可以实现载流子数的反转.在半导体激光器件中，目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs二极管激光器. •随着异质结激光器的研究发展，人们想到如果将超薄膜(< 20nm)的半导体层作为激光器的激活层，以致于能够产生量子效应，结果会是怎么样?再加之由于MBE,MOCVD技术的成就，于是，在1978年出现了世界上第一只半导体量子阱激光器(QWL)，它大幅度地提高了半导体激光器的各种性能.后来，又由于MOCVD,MBE生长技术的成熟，能生长出高质量超精细薄层材料，之后，便成功地研制出了性能更加良好的量子阱激光器，量子阱半导体激光器与双异质结(DH)激光器相比，具有阑值电流低、输出功率高，频率响应好，光谱线窄和温度稳定性好和较高的电光转换效率等许多优点. •QWL在结构上的特点是它的有源区是由多个或单个阱宽约为100Å的势阱所组成，由于势阱宽度小于材料中电子的德布罗意波的波长，产生了量子效应，连续的能带分裂为子能级.因此，特别有利于载流子的有效填充，所需要的激射阈值电流特别低.•半导体激光器的结构中应用的主要是单、多量子阱，单量子阱(SQW)激光器的结构基本上就是把普通双异质结(DH)激光器的有源层厚度做成数十nm以下的一种激光器，通常把势垒较厚以致于相邻势阱中电子波函数不发生交迭的周期结构称为多量子阱(MQW ).量子阱激光器单个输出功率现已大于1w，承受的功率密度已达l0MW/cm3以上。

•为了得到更大的输出功率，通常可以把许多单个半导体激光器组合在一起形成半导体激光器列阵因此，量子阱激光器当采用阵列式集成结构时，输出功率则可达到l00w以上.近年来，高功率半导体激光器(特别是阵列器件)飞速发展，已经推出的产品有连续输出功率5W,10w,20w和30W的激光器阵列.脉冲工作的半导体激光器峰值输出功率50w. 120W和1500W的阵列也已经商品化.一个4.5 cm x 9cm的二维阵列，其峰值输出功率已经超过45kW.峰值输出功率为350kW的二维阵列也已问世 •从20世纪70年代末开始，半导体激光器明显向着两个方向发展，一类是以传递信息为目的的信息型激光器.另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器.在泵浦固体激光器等应用的推动下，高功率半导体激光器(连续输出功率在100W以上，脉冲输出功率在5W以上，均可称之谓高功率半导体激光器)在20世纪90年代取得了突破性进展，其标志是半导体激光器的输出功率显著增加，国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化，国内样品器件输出已达到600W.•如果从激光波段的被扩展的角度来看，先是红外半导体激光器，接着是670nm红光半导体激光器大量进人应用，接着，波长为650nm,635nm的问世，蓝绿光、蓝光半导体激光器也相继研制成功，10mw量级的紫光乃至紫外光半导体激光器，也在加紧研制中.•为适应各种应用而发展起来的半导体激光器还有可调谐半导体激光器，电子束激励半导体激光器以及作为“集成光路”的最好光源的分布反馈激光器(DFB一LD)，分布布喇格反射式激光器(DBR一LD)和集成双波导激光器.另外，还有高功率无铝激光器(从半导体激光器中除去铝，以获得更高输出功率，更长寿命和更低造价的管子)、中红外半导体激光器和量子级联激光器等等.•可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂等改变激光的波长，可以很方便地对输出光束进行调制.分布反馈式半导体激光器是伴随光纤通信和集成光学回路的发展而出现的，它于1991年研制成功，分布反馈式半导体激光器完全实现了单纵模运作，在相干技术领域中又开辟了巨大的应用前景它是一种无腔行波激光器，激光振荡是由周期结构(或衍射光栅)形成光耦合提供的，不再由解理面构成的谐振腔来提供反馈，优点是易于获得单模单频输出，容易与纤维光缆、调制器等耦合，特别适宜作集成光路的光源.•单极性注人的半导体激光器是利用在导带内(或价带内)子能级间的热电子光跃迁以实现受激光发射，自然要使导带和价带内存在子能级或子能带，这就必须采用量子阱结构.单极性注人激光器能获得大的光功率输出，是一种高效率和超高速响应的半导体激光器，并对发展硅基激光器及短波激光器很有利.•量子级联激光器的发明大大简化了在中红外到远红外这样宽波长范围内产生特定波长激光的途径.它只用同一种材料，根据层的厚度不同就能得到上述波长范围内的各种波长的激光.同传统半导体激光器相比，这种激光器不需冷却系统，可以在室温下稳定操作.低维(量子线和量子点)激光器的研究发展也很快，日本okayama的GaInAsP/InP长波长量子线(Qw+)激光器已做到有很高的量子效率.众多科研单位正在研制自组装量子点(QD)激光器，目前该QDLD已具有了高密度，高均匀性和高发射功率.由于实际需要，半导体激光器的发展主要是围绕着降低阔值电流密度、延长工作寿命、实现室温连续工作，以及获得单模、单频、窄线宽和发展各种不同激射波长的器件进行的. •20世纪90年代出现并特别值得一提的是面发射激光器(SEL)，早在1977年，人们就提出了所谓的面发射激光器，并于1979年做出了第一个器件，1987年做出了用光泵浦的780nm的面发射激光器.1998年GaInAIP/GaA。

面发射激光器在室温下达到亚毫安的网电流,8mW的输出功率和11%的转换效率•前面谈到的半导体激光器，从腔体结构上来说，不论是F一P(法布里一泊罗)腔或是DBR(分布布拉格反射式)腔，激光输出都是在水平方向，统称为水平腔结构.它们都是沿着衬底片的平行方向出光的.而面发射激光器却是在芯片上下表面镀上反射膜构成了垂直方向的F一p腔，光输出沿着垂直于衬底片的方向发出，垂直腔面发射半导体激光器(VCSELS)是一种新型的量子阱激光器，它的激射阈值电流低，输出光的方向性好，耦合效率高，通过阵列化分布能得到相当强的光功率输出，垂直腔面发射激光器已实现了工作温度最高达71C另外，垂直腔面发射激光器还具有两个不稳定的互相垂直的偏振横模输出，即x模和y模，•目前对偏振开关和偏振双稳特性的研究也进入到了一个新阶段，人们可以通过改变光反馈、光电反馈、光注入、注入电流等等因素实现对偏振态的控制，在光开关和光逻辑器件领域获得新的进展20世纪90年代末，面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展，且已考虑了在超并行光电子学中的多种应用.980mn,850nm和780nm的器件在光学系统中已经实用化.目前，垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络。

为了满足21世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要，半导体激光器的发展趋势主要在高速宽带LD、大功率LD,短波长LD,量子线和量子点激光器、中红外LD等方面.目前，在这些方面取得了一系列重大的成果. 8.8 8.8 半导体受激发射的条件半导体受激发射的条件半导体激光器是靠注入载流子工作的若发射激光，半导体激光器是靠注入载流子工作的若发射激光，需具备三个基本条件：需具备三个基本条件：(1)(1)要产生足够的粒子数反转分布，即高能态粒子数足要产生足够的粒子数反转分布，即高能态粒子数足够地大于低能态的粒子数够地大于低能态的粒子数2)(2)要有一个合适的谐振腔能起到反馈作用，使激射光要有一个合适的谐振腔能起到反馈作用，使激射光子增生，从而产生激光振荡子增生，从而产生激光振荡3)(3)要满足一定的阈值条件，以使光子增益等于或大于要满足一定的阈值条件，以使光子增益等于或大于光子损耗光子损耗8.8.1 8.8.1 粒子数反转分布粒子数反转分布包括半导体在内的原子系统中，光子和电子之间的相互包括半导体在内的原子系统中，光子和电子之间的相互作用有三种基本过程；吸收、自发发射和受激发射。

当作用有三种基本过程；吸收、自发发射和受激发射当一个能量是一个能量是h hνν= =E E2 2−E E1 1的光子入射到这个系统上时，一个的光子入射到这个系统上时，一个处于低能态处于低能态 E E1 1的粒子可能吸收这个光子而跃迁到高能态的粒子可能吸收这个光子而跃迁到高能态E E2 2 这个过程就是吸收过程，如图这个过程就是吸收过程，如图8.28a 8.28a 所示8.8.1 8.8.1 粒子数反转分布粒子数反转分布粒子在高能态上是不稳定的在一段时间内，如果没有外界激发，粒子在高能态上是不稳定的在一段时间内，如果没有外界激发，它又会自动回到低能态它又会自动回到低能态 E E1 1 ，并发射一个能量为，并发射一个能量为 E E2 2−E E1 1的光子这的光子这种过程称为自发发射过程，如图种过程称为自发发射过程，如图8.28b 8.28b 所示在自发发射过程中，在自发发射过程中，产生的光子在频率、传播方向、偏振状态和位相上都是随机的，产生的光子在频率、传播方向、偏振状态和位相上都是随机的，彼此无关的出射光为非相干光发光二极管就是利用自发发射彼此无关的出射光为非相干光发光二极管就是利用自发发射效应发光。

效应发光8.8.1 8.8.1 粒子数反转分布粒子数反转分布处于高能态处于高能态 E E2 2的粒子也可以在能量为的粒子也可以在能量为 E E2 2−E E1 1的入射光子的激发的入射光子的激发下跃迁到低能态下跃迁到低能态 E E1 1 同时发射一个能量为同时发射一个能量为h hνν= =E E2 2−E E1 1的光子辐射的这种过程称为受激发射过程，如图辐射的这种过程称为受激发射过程，如图8.28c 8.28c 所示在受激所示在受激发射过程中，产生的光子和入射光子具有相同的频率、传播方发射过程中，产生的光子和入射光子具有相同的频率、传播方向、偏振状态和位相，即入射光得到了放大出射光是相干光向、偏振状态和位相，即入射光得到了放大出射光是相干光半导体激光器就是利用这种原理工作的半导体激光器就是利用这种原理工作的8.8.2 8.8.2 光学谐振腔光学谐振腔 在激光器中，即存在有受激辐射又存在自发辐射，在激光器中，即存在有受激辐射又存在自发辐射， 而而且作为激发受激辐射用的初始光信号就来源于自发辐且作为激发受激辐射用的初始光信号就来源于自发辐射自发辐射的光是杂乱无章的，为了在其中选取具射。

自发辐射的光是杂乱无章的，为了在其中选取具有一定传播方向和频率光信号，使其有最优的放大作有一定传播方向和频率光信号，使其有最优的放大作用，而把其他方向和频率的光信号抑制住，最后获得用，而把其他方向和频率的光信号抑制住，最后获得单色性和方向性很好的激光，需要一个合适的光学谐单色性和方向性很好的激光，需要一个合适的光学谐振腔在砷化镓结型激光器中用的最广的是法布里振腔在砷化镓结型激光器中用的最广的是法布里- -珀珀罗（罗（FabryFabry−ParotParot）谐振腔8.8.2 8.8.2 光学谐振腔光学谐振腔在结型激光器的有源区内，开始导在结型激光器的有源区内，开始导带中的电子自发跃迁到价带中同空带中的电子自发跃迁到价带中同空穴复合，产生了时间、方向等并不穴复合，产生了时间、方向等并不相同的光子，如图相同的光子，如图8-31 8-31 所示大部所示大部分光子一旦产生就立刻穿出分光子一旦产生就立刻穿出PN PN 结区，结区，但也有一小部分的光子几乎是严格但也有一小部分的光子几乎是严格地在地在PN PN 结平面内穿行，而且在结平面内穿行，而且在PN PN 内行进相当长的距离因而它们能够内行进相当长的距离因而它们能够去激发产生更多同样的光子。

这些去激发产生更多同样的光子这些光子在两个平行的界面间不断的来光子在两个平行的界面间不断的来回反射，每反射一次就得到进一步回反射，每反射一次就得到进一步的放大这样不断的重复和发展，的放大这样不断的重复和发展，就使这样的辐射趋于压倒的优势，就使这样的辐射趋于压倒的优势，也就是使辐射逐渐集中到平行镜面也就是使辐射逐渐集中到平行镜面上，而且方向是垂直于反射面的上，而且方向是垂直于反射面的8.8.3 8.8.3 振荡的阀值条件振荡的阀值条件 在激光器中，并不是粒子数达到反转分布再加上光学在激光器中，并不是粒子数达到反转分布再加上光学谐振腔就能出激光了因为激光器中还存在有使光子谐振腔就能出激光了因为激光器中还存在有使光子数减少的多种损耗例如反射面反射率数减少的多种损耗例如反射面反射率R R＜＜1 1使部分光使部分光透射出去了还有工作物质内部对光的吸收和散射等透射出去了还有工作物质内部对光的吸收和散射等前者称为端面损耗，后者称为内部损耗只有当光在前者称为端面损耗，后者称为内部损耗只有当光在谐振腔内来回传播一次所得到的光增益大于损耗时，谐振腔内来回传播一次所得到的光增益大于损耗时，才能形成激光。

设激光器的内部损耗用吸收系数才能形成激光设激光器的内部损耗用吸收系数αα来来描写R R1 1 R R2 2分别表示两个端面的反射系数分别表示两个端面的反射系数8.8.3 8.8.3 振荡的阀值条件振荡的阀值条件图图8.328.32表示法布里表示法布里- -珀罗谐振腔光传播的过程设光强为珀罗谐振腔光传播的过程设光强为I I（（v v, ,x x）的光沿）的光沿x x方向传播，经距离方向传播，经距离dxdx，因增益引起的光，因增益引起的光强增量强增量d dI Ig g应当与应当与I I（（ν,ν,x x）和）和dxdx成正比，即成正比，即 dIdIg g= =gIdxgIdx （（8-448-44））式中式中g g为增益系数，它表示光在光腔中通过单位距离时所为增益系数，它表示光在光腔中通过单位距离时所增加光强同样，经过增加光强同样，经过dxdx 时因部分损耗引起的光强减小时因部分损耗引起的光强减小量为量为 dIdI = = I Idxdx （（8-458-45））8.8.3 8.8.3 振荡的阀值条件振荡的阀值条件由式（由式（8-448-44）和（）和（8-458-45）可知，光强为）可知，光强为I I（（νν，，x x）的光沿着）的光沿着x x 传传播播dxdx 一段距离后，光强的总变化是一段距离后，光强的总变化是 dIdI= =dIdIg g−dIdIαα=(=(g g−α)α)IdxIdx （（8-468-46））如果工作物质均匀，假设如果工作物质均匀，假设g g和和αα都不随位置而改变，则对（都不随位置而改变，则对（8-468-46））式积分得式积分得 I I= =I I0 0e e( (g g−α)α)x x （（8-478-47））式中式中I I0 0为为x x =0 =0 处的光强。

假设光子从处的光强假设光子从x x=0 =0 处出发，在处出发，在x x=0 =0 和和x x=L =L 两个镜面各反射一次后再回到原处到镜面两个镜面各反射一次后再回到原处到镜面2 2时光强增强为时光强增强为I I0 0e e( (g g−α)α)L L ，镜面，镜面2 2 反射后光强减少为反射后光强减少为 R R2 2I I0 0e e( (g g−α)α)L L ，从镜面，从镜面2 2 到达到达镜面镜面1 1 时光强增加为时光强增加为 R R2 2I I0 0e e( (g g −α)2α)2L L，经镜面，经镜面1 1反射后，光强又减少反射后，光强又减少为为 R R1 1R R2 2I I0 0e e( (g g −α)2α)2L L8.8.3 8.8.3 振荡的阀值条件振荡的阀值条件要使激光能够维持，光子经过工作物质来回一次所获得的增益至少要使激光能够维持，光子经过工作物质来回一次所获得的增益至少要等于工作物质中及镜面处的损失要等于工作物质中及镜面处的损失, ,这就是激光器的阀值条件这就是激光器的阀值条件 R R1 1R R2 2I I0 0e e2 2( (g g−α) α) L L= =I I0 0 或或 R R1 1R R2 2e e2(g2(g−α)α)L L=1 =1 （（8-488-48））在阀值时在阀值时 gLgL= =( (1/2)ln(1/1/2)ln(1/R R1 1R R2 2)+)+ L L （（ 8-498-49））或或 g g=α+(1/2)Lln(1=α+(1/2)Lln(1/R/R1 1R R2 2) )（（ 8-508-50））（（8-498-49）式左端表示在谐振腔长度）式左端表示在谐振腔长度L L 范围内的总增益。

右端表示谐范围内的总增益右端表示谐振腔内的损耗第一项表示在振腔内的损耗第一项表示在L L 范围内的内部损耗，第二项表示反范围内的内部损耗，第二项表示反射面的端面损耗射面的端面损耗8-50)8-50)式说明增益系数必须达到一定数值后才式说明增益系数必须达到一定数值后才开始形成激光开始形成激光8.8.4 阀值电流对于砷化镓结型激光器来说，提供增益的方法是加正向对于砷化镓结型激光器来说，提供增益的方法是加正向电流当正向电流较小，注入的载流子数目少，辐射复电流当正向电流较小，注入的载流子数目少，辐射复合还不足以克服吸收的时候，激光器出现普通的自发发合还不足以克服吸收的时候，激光器出现普通的自发发射当正向电流增大到使射当正向电流增大到使g g 满足（满足（8.508.50）式时，激光器）式时，激光器将发射谱线尖锐，模式明确的激光通常称此电流为阀将发射谱线尖锐，模式明确的激光通常称此电流为阀值电流当激光器的光发射从自发发射过渡到受激发射值电流当激光器的光发射从自发发射过渡到受激发射时，光功率及亮度均剧增通常可用此来判断激光器是时，光功率及亮度均剧增通常可用此来判断激光器是否已发射激光否已发射激光。

8.8.4 阀值电流砷化镓激光器的输出光功率随砷化镓激光器的输出光功率随正向电流变化的情况如图正向电流变化的情况如图8-33 8-33 所示由图所示由图8-33 8-33 中曲线的转折中曲线的转折点就可以确定激光器阀值电流点就可以确定激光器阀值电流的数值几种常用的半导体激光器的应用 •量子阱半导体大功率激光器在精密机械零件的激光加工方面有重要应用，同时也成为固体激光器最理想的、高效率泵浦光源.由于它的高效率、高可靠性和小型化的优点，导致了固体激光器的不断更新. •在印刷业和医学领域，高功率半导体激光器也有应用.另外，如长波长激光器(1976年，人们用GaInAsP/InP实现了长波长激光器)用于光通信，短波长激光器用于光盘读出.自从NaKamuxa实现了GaInN/GaN蓝光激光器，可见光半导体激光器在光盘系统中得到了广泛应用，如CD播放器，DVD系统和高密度光存储器可见光面发射激光器在光盘、打印机、显示器中都有着很重要的应用，特别是红光、绿光和蓝光面发射激光器的应用更广泛.•蓝绿光半导体激光器用于水下通信、激光打印、高密度信息读写、深水探测及应用于大屏幕彩色显示和高清晰度彩色电视机中.总之，可见光半导体激光器在用作彩色显示器光源、光存贮的读出和写人，激光打印、激光印刷、高密度光盘存储系统、条码读出器以及固体激光器的泵浦源等方面有着广泛的用途.量子级联激光的新型激光器应用于环境检测和医检领域.•由于半导体激光器可以通过改变磁场或调节电流实现波长调谐，且已经可以获得线宽很窄的激光输出，因此利用半导体激光器可以进行高分辨光谱研究.可调谐激光器是深入研究物质结构而迅速发展的激光光谱学的重要工具大功率中红外LD在红外对抗、红外照明、激光雷达、大气窗口、自由空间通信、大气监视和化学光谱学等方面有广泛的应用. •绿光到紫外光的垂直腔面发射器在光电子学中得到了广泛的应用，如超高密度、光存储.近场光学方案被认为是实现高密度光存储的重要手段.垂直腔面发射激光器还可用在全色平板显示、大面积发射、照明、光信号、光装饰、紫外光刻、激光加工和医疗等方面。

•如前所述，半导体激光器自20世纪80年代初以来，由于取得了DFB动态单纵模激光器的研制成功和实用化，量子阱和应变层量子阱激光器的出现，大功率激光器及其列阵的进展，可见光激光器的研制成功，面发射激光器的实现、单极性注人半导体激光器的研制等等一系列的重大突破，半导体激光器的应用越来越广泛，半导体激光器已成为激光产业的主要组成部分，目前已成为各国发展信息、通信、家电产业及军事装备不可缺少的重要基础器件. 。