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Los tipos de diodos láser semiconductores

2021-03-19
Los láseres se clasifican según su estructura: FP, DFB, DBR, QW, VCSEL FP: Fabry-Perot, DFB: retroalimentación distribuida, DBR: reflector Bragg distribuido, QW: pozo cuántico, VCSEL: láser reflejado en la superficie de la cavidad vertical.
(1) El diodo láser de tipo Fabry-Perot (FP) está compuesto por una capa activa de crecimiento epitaxial y una capa limitante a ambos lados de la capa activa, y la cavidad resonante está compuesta por dos planos de escisión del cristal y la capa activa puede ser de tipo N, también puede ser de tipo P. Debido a la existencia de una barrera de heterounión debido a la diferencia de banda prohibida, los electrones y los agujeros inyectados en la capa activa no pueden difundirse y confinarse en una capa activa delgada, de modo que incluso una pequeña corriente fluye, es fácil de realizar. Por otro lado, la capa activa de banda prohibida estrecha tiene un índice de refracción mayor que la capa de confinamiento, y la luz se concentra en una región que tiene una tasa de interés alta, por lo que también se limita a la capa activa. Cuando el F eléctrico que forma la bifurcación invertida en la capa activa pasa de la banda de conducción a la banda de valencia (o nivel de impureza), los fotones se combinan con los agujeros para emitir fotones, y los fotones se forman en una cavidad que tiene dos escisiones. aviones. La propagación de la reflexión recíproca se mejora continuamente para obtener la ganancia óptica. Cuando la ganancia óptica es mayor que la pérdida de la cavidad resonante, el láser se emite hacia afuera. El láser es esencialmente un amplificador resonante óptico de emisión estimulada.
(2) Diodo láser de retroalimentación distribuida (DFB) La principal diferencia entre este y el diodo láser tipo FP es que no tiene un reflejo concentrado del espejo de la cavidad, y su mecanismo de reflexión lo proporciona la rejilla de Bragg en la guía de ondas del área activa, solo satisfecho La apertura del principio de dispersión de Bragg. Se permite que se refleje hacia adelante y hacia atrás en el medio, y el láser aparece cuando el medio logra una inversión de población y la ganancia alcanza la condición de umbral. Este tipo de mecanismo de reflexión es un mecanismo de retroalimentación sutil, de ahí el nombre diodo láser de retroalimentación distribuida. Debido a la función selectiva de frecuencia de la rejilla de Bragg, tiene muy buena monocromaticidad y direccionalidad; además, debido a que no utiliza un plano de clivaje de cristal como espejo, es más fácil de integrar.
(3) Diodo láser reflector Bragg distribuido (DBR) La diferencia entre este y el diodo láser DFB es que su trinchera periódica no se encuentra en la superficie de la guía de ondas activa, sino en la guía de ondas pasiva en ambos lados de la guía de ondas de la capa activa, este pre Una guía de ondas ondulada periódica pasiva actúa como un espejo de Bragg. En el espectro de emisión espontánea, solo las ondas de luz cercanas a la frecuencia de Bragg pueden proporcionar una retroalimentación eficaz. Debido a las características de ganancia de la guía de ondas activa y la reflexión de Bragg de la guía de ondas periódica pasiva, solo la onda de luz cercana a la frecuencia de Bragg puede satisfacer la condición de oscilación, emitiendo así el láser.
(4) Diodos láser de pozo cuántico (QW) Cuando el grosor de la capa activa se reduce a la longitud de onda de De Broglie (Î »50 nm) o cuando se compara con el radio de Bohr (1 a 50 nm), las propiedades del semiconductor son fundamental. Los cambios, la estructura de la banda de energía de los semiconductores, las propiedades de movilidad de la portadora tendrán un nuevo efecto: el efecto cuántico, el pozo de potencial correspondiente se convierte en un pozo cuántico. Llamamos LD con superrejilla y estructura de pozo cuántico un LD de pozo cuántico. Tener un pozo de potencial portador LD se denomina LD de pozo cuántico único (SQW), y un LD de pozo cuántico que tiene n pozos de potencial portador y una barrera (n + 1) se denomina LD de pozo de precarga múltiple (MQW). El diodo láser de pozo cuántico tiene una estructura en la que el espesor de la capa activa (d) de un diodo láser de doble heterounión general (DH) está formado por decenas de nanómetros o menos. Los diodos láser de pozo cuántico tienen las ventajas de bajo umbral de corriente, funcionamiento a alta temperatura, ancho de línea espectral estrecho y alta velocidad de modulación.
(5) Láser emisor de superficie de cavidad vertical (VCSEL) Su región activa está ubicada entre dos capas de confinamiento y constituye una configuración de doble heterounión (DH). Para limitar la corriente de inyección en la región activa, la corriente de implantación se confina completamente en una región activa circular mediante técnicas de fabricación enterradas. La longitud de su cavidad está enterrada en la longitud longitudinal de la estructura DH, generalmente 5 ~ 10μm, y los dos espejos de su cavidad ya no son el plano de división del cristal, y su espejo se coloca en el lado P (clave El otro El lado del espejo se coloca en el lado N (el lado del sustrato o el lado de salida de luz) Tiene las ventajas de alta eficiencia luminosa, entalpía de trabajo extremadamente baja, estabilidad a alta temperatura y larga vida útil.