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半導(dǎo)體激光器
閱讀�15772時間�2010-09-27 09:07:55

  半導(dǎo)�激光器是用半導(dǎo)體材料作為工作物�(zhì)的一類激光器,由于物�(zhì)�(jié)�(gòu)上的差異,產(chǎn)生激光的具體過程比較特殊。常用材料有砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS�、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)�。激勵方式有電注入、電子束激勵和光泵浦三種形�� 半導(dǎo)�激光器�,可分為同質(zhì)�(jié)、單異質(zhì)�(jié)、雙異質(zhì)�(jié)等幾�。同�(zhì)�(jié)激光器和單異質(zhì)�(jié)激光器室溫時多為脈沖器件,而雙異質(zhì)�(jié)激光器室溫時可�(shí)�(xiàn)連續(xù)工作�

封裝技�(shù)

  半導(dǎo)體激光器封裝技�(shù)大都是在分立器件封裝技�(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來的,但卻有很大的特殊�。一般情況下,分立器件的管芯被密封在封裝體內(nèi),封裝的作用主要是保�(hù)管芯和完成電氣互�。而半�(dǎo)體激光器封裝則是完成輸出電信號,保護(hù)管芯正常工作,輸出:可見光的功能,既有電參數(shù),又有光參數(shù)的設(shè)�(jì)及技�(shù)要求,無法簡單地將分立器件的封裝用于半導(dǎo)體激光器�

  半導(dǎo)體激光器的核心發(fā)光部分是由p型和n型半�(dǎo)體構(gòu)成的pn�(jié)管芯,當(dāng)注入pn�(jié)的少�(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時,就會發(fā)出可見光,紫外光或近紅外�。但pn�(jié)區(qū)�(fā)出的光子是非定向的,即向各個方向發(fā)射有相同的幾�,因�,并不是管芯�(chǎn)生的所有光都可以釋放出�,這主要取決于半導(dǎo)體材料質(zhì)�、管芯結(jié)�(gòu)及幾何形狀、封裝內(nèi)部結(jié)�(gòu)與包封材�,應(yīng)用要求提高半�(dǎo)體激光器的內(nèi)、外部量子效�。常�(guī)Φ5mm型半�(dǎo)體激光器封裝是將邊長0.25mm的正方形管芯粘結(jié)或燒�(jié)在引線架�,管芯的正極通過球形接觸�(diǎn)與金絲,鍵合為內(nèi)引線與一條管腳相�,負(fù)極通過反射杯和引線架的另一管腳相連,然后其頂部用�(huán)氧樹脂包�。反射杯的作用是收集管芯�(cè)靀界面發(fā)出的�,向期望的方向角�(nèi)�(fā)�。頂部包封的�(huán)氧樹脂做成一定形狀,有這樣幾種作用:保�(hù)管芯等不受外界侵�;采用不同的形狀和材料性質(zhì)(摻或不摻散色�),起透鏡或漫射透鏡功能,控制光的發(fā)散角;管芯折射率與空氣折射率相關(guān)太大,致使管芯內(nèi)部的全反射臨界角很小,其有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取�,大部分易在管芯�(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收,易�(fā)生全反射�(dǎo)致過多光損失,選用相�(yīng)折射率的�(huán)氧樹脂作過渡,提高管芯的光出射效�。用作構(gòu)成管殼的�(huán)氧樹脂須具有耐濕性,絕緣�,機(jī)械強(qiáng)�,對管芯�(fā)出光的折射率和透射率高。選擇不同折射率的封裝材�,封裝幾何形狀對光子逸出效率的影響是不同的,�(fā)光強(qiáng)度的角分布也與管芯結(jié)�(gòu)、光輸出方式、封裝透鏡所用材�(zhì)和形狀有關(guān)。若采用尖形樹脂透鏡,可使光集中到半�(dǎo)體激光器的軸線方�,相�(yīng)的視角較?。蝗绻敳康臉渲哥R為圓形或平面�,其相應(yīng)視角將增��

  一般情況下,半�(dǎo)體激光器的發(fā)光波長隨溫度變化�0�2-0�3nm/℃,光譜寬度隨之增�,影響顏色鮮艷度。另外,�(dāng)正向電流流經(jīng)pn�(jié),發(fā)熱性損耗使�(jié)區(qū)�(chǎn)生溫升,在室溫附�,溫度每升高1℃,半導(dǎo)體激光器的發(fā)光強(qiáng)度會相應(yīng)地減�1%左�,封裝散�;時保持色純度與�(fā)光強(qiáng)度非常重要,以往多采用減少其�(qū)動電流的辦法,降低結(jié)�,多�(shù)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電流限制在20mA左右。但�,半�(dǎo)體激光器的光輸出會隨電流的增大而增�,目前,很多功率型半�(dǎo)體激光器的驅(qū)動電流可以達(dá)�70mA�100mA甚至1A級,需要改�(jìn)封裝�(jié)�(gòu),全新的半導(dǎo)體激光器封裝�(shè)�(jì)理念和低熱阻封裝�(jié)�(gòu)及技�(shù),改善熱特性。例�,采用大面積芯片倒裝�(jié)�(gòu),選用導(dǎo)熱性能好的銀膠,增大金屬支架的表面積,焊料凸�(diǎn)的硅載體直接裝在熱沉上等方法。此�,在�(yīng)用設(shè)�(jì)中,PCB線路板等的熱�(shè)�(jì)、導(dǎo)熱性能也十分重��

  �(jìn)�21世紀(jì)后,半導(dǎo)體激光器的高效化、超高亮度化、全色化不斷�(fā)展創(chuàng)�,紅、橙半導(dǎo)體激光器光效已達(dá)�100Im/W,綠半導(dǎo)體激光器�501m/W,單只半�(dǎo)體激光器的光通量也達(dá)到數(shù)十Im。半�(dǎo)體激光器芯片和封裝不再沿龔傳�(tǒng)的設(shè)�(jì)理念與制造生�(chǎn)模式,在增加芯片的光輸出方面,研�(fā)不僅僅限于改變材料內(nèi)雜質(zhì)�(shù)�,晶格缺陷和位錯來提高內(nèi)部效�,同�,如何改善管芯及封裝�(nèi)部結(jié)�(gòu),增�(qiáng)半導(dǎo)體激光器�(nèi)部產(chǎn)生光子出射的幾率,提高光�,解決散熱,取光和熱沉優(yōu)化設(shè)�(jì),改�(jìn)光學(xué)性能,加速表面貼裝化SMD�(jìn)程更是產(chǎn)�(yè)界研�(fā)的主流方��

工作原理及特�(diǎn)

  半導(dǎo)體激光器工作原理是激勵方�,利用半�(dǎo)體物�(zhì)(既利用電�)在能帶間躍遷�(fā)�,用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡,組成諧振腔,使光振�、反饋、產(chǎn)生光的輻射放�,輸出激�。 半導(dǎo)體激光器激光器�(yōu)�(diǎn)是體積小,重量輕,運(yùn)�(zhuǎn)可靠,耗電少,效率高等特點(diǎn)�

決定波長的因�

  半導(dǎo)體光電器件的工作波長是和制作器件所用的半導(dǎo)體材料的種類相關(guān)的。半�(dǎo)體材料中存在著導(dǎo)帶和價帶,導(dǎo)帶上面可以讓電子自由�(yùn)�,而價帶下面可以讓空穴自由�(yùn)�,導(dǎo)帶和價帶之間隔著一條禁�,當(dāng)電子吸收了光的能量從價帶跳躍到導(dǎo)帶中去時,就把光的能量變成了�,而帶有電能的電子從導(dǎo)帶跳回價帶,又可以把電的能量變成�,這時材料禁帶的寬度就決定了光電器件的工作波長。材料科�(xué)的發(fā)展使我們能采用能帶工程對半�(dǎo)體材料的能帶�(jìn)行各種精巧的裁剪,使之能滿足我們的各種需要并為我們做更多的事�,也能使半導(dǎo)體光電器件的工作波長突破材料禁帶寬度的限制擴(kuò)展到更寬的范圍�

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