1. 同質結砷化镓(GaAs)激光器的特性

（1）伏安特性

GaAs 激光器的伏安特性與(yu) 二極管相同，也具有單向導電性，如圖（1）所示。激光器係正向使用，其電阻主要取決(jue) 於(yu) 晶體(ti) 體(ti) 電阻和接觸電阻，其阻值雖然不大，但因工作電流密度大，不能忽視它的影響。

（2）閾值電流密度

影響閾值的因素有：①晶體(ti) 的摻雜濃度越大，閾值越小；②諧振腔的損耗越小，閾值越小；③在一定範圍內(nei) ，腔長越長，閾值越低；④溫度對閾值電流的影響很大，半導體(ti) 激光器宜在低溫或室溫下工作。同質結半導體(ti) 激光器的閾值電流密度很高．達(3×10⁴~5×10⁴)A/cm²。這樣高的電流密度，將使器件發熱。故同質結半導體(ti) 激光器在室溫下隻能低重複率(幾KHz一幾十KHz)下脈衝(chong) 工作。

圖（1） GaAs激光器的伏安特性 圖（2） 激光束的空間分布

（3）方向性

由於(yu) 半導體(ti) 激光器的諧振腔短小，激光方向性較差，特別是在結的垂直平麵內(nei) ，發散角很大，可達20°~30°。在結的水平麵內(nei) ，發散角約為(wei) 幾度。圖（2）給出了半導體(ti) 激光束的空間分布示意圖。

（4）光譜特性

圖（3）是GaAs激光器的發射光譜。其中圖(a)是低於(yu) 閾值時的熒光光譜，譜寬一般為(wei) 幾百埃，圖#p#分頁標題#e#(b)是注入電流達到或大於(yu) 閾值時的激光光譜，譜寬達幾十埃。半導體(ti) 激光的譜寬盡管比熒光窄得多，但比氣體(ti) 和固體(ti) 激光器要寬得多。隨著新器件的出現，譜寬已有所改善，如分布反饋式激光器的線寬，隻有1埃左右。

圖（3） GaAs激光器的發射光譜 (a) 低於(yu) 閾值 (b) 高於(yu) 閾值

   （5）轉換效率

注入式半導體(ti) 激光器是一種把電功率直接轉換為(wei) 光功率的器件，轉換效率極高。轉換效率通常用量子效率和功率效率量度。

① 外微分量子效率

外微分量子效率定義(yi) 為(wei)

   （1）

式中，P是輸出功率，P_th是閾值發射光功率，hv為(wei) 發射光子能量，i是正向電流，i_th是正向閾值電流，e為(wei) 電子電量。由於(yu) P#p#分頁標題#e#比P_th大得多，所以上式可改寫(xie) 為(wei)

（2）

式中V是正向偏壓。由該式可見，η_D實際上對應於(yu) 輸出功率與(yu) 正向電流的關(guan) 係曲線中閾值以上的線性範圍內(nei) 的斜率。

② 功率效率

功率效率η_P定義(yi) 為(wei) 激光器的輸出功率與(yu) 輸入電功率之比，即

（3）

式中，V是p-n結上的電壓降，R_S是激光器串聯電阻(包括材料電阻和接觸電阻)。由於(yu) 激光器的工作電流較大，電阻功耗很大，所以在室溫下的功率效率隻有百分之幾。

2．異質結半導體(ti) 激光器

由不同材料的p型半導體(ti) 和n型半導體(ti) 構成的p-n結叫異質結。為(wei) 了克服同質結半導體(ti) 激光器的缺點，提高功率和效率，降低閾值電流，研製出了異質結半導體(ti) 激光器。

(1)單異質結半導體(ti) 激光器

單異質結器件結構如圖（4）(b)所示，單異質結是由p-GaAs與(yu) p-GaAlAs形成的。電子由n區注入p-GaAs，由於(yu) 異質結高勢壘的限製，激活區厚度d»2#p#分頁標題#e#m，同時，因p-GaAlAs折射率小，“光波導效應”顯著，將光波傳(chuan) 輸限製在激活區內(nei) 。這兩(liang) 個(ge) 因素使得單異質結激光器的閾值電流密度降低了1~2個(ge) 數量級，約8000A/cm²。

(2)雙異質結半導體(ti) 激光器

雙異質結半導體(ti) 激光器指的是在激活區兩(liang) 側(ce) ，有兩(liang) 個(ge) 異質結，如圖（4）(c)所示。

圖（4） 同質結、異質結示意圖

雙異質結激光器激活區內(nei) 注入的電子和空穴，由於(yu) 兩(liang) 側(ce) 高勢壘的限製，深度劇增，激活區厚度變窄，d»0.5m。同時，由於(yu) 激活區兩(liang) 側(ce) 折射率差都很大，“光波導效應”非常顯著，使光波傳(chuan) 輸損耗大大減小。所以，雙異質結激光器的閾值電流密度更低，可降到10²~10³A/cm²。室溫下可獲得幾毫瓦至幾十毫瓦的連續功率輸出。