1．半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

圖（1）示出了GaAs激光器的結(jié)構(gòu)。它的核心部分是p—n結(jié)。p—n結(jié)的兩個(gè)端面是按晶體的天然晶面剖切開(kāi)的，稱為解理面，該二表面極為光滑，可以直接用作為平行反射鏡面，構(gòu)成諧振腔。上下電極施加正向電壓，使結(jié)區(qū)產(chǎn)生雙簡(jiǎn)并的能帶結(jié)構(gòu)及激光工作電流。激光可以從一側(cè)解理面輸出，也可由兩側(cè)輸出。

圖（1） GaAs激光器的結(jié)構(gòu)

2. 半導(dǎo)體激光器工作的閾值條件

激光器產(chǎn)生激光的前提條件除了粒子數(shù)發(fā)生反轉(zhuǎn)還需要滿足閾值條件，即諧振腔的雙程光放大倍數(shù)大于1，或增益系數(shù)滿足第二章中給出的(1)式

               (1)

在這里，α_內(nèi)是半導(dǎo)體激光器諧振腔的內(nèi)部損耗，L為晶體兩解理面之間的長(zhǎng)度，r₁和r₂為解理面的反射率。增益系數(shù)和#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的關(guān)系也取決于諧振腔內(nèi)的工作物質(zhì)，滿足（1-90）式。結(jié)合(1-42)和(1-27)式，可以得到

 (2)

式中t_復(fù)合為結(jié)區(qū)電子的壽命，其倒數(shù)等于在E₂、E₁能級(jí)之間的愛(ài)因斯坦自發(fā)輻射系數(shù)，△n為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)值。

3. 半導(dǎo)體激光器的閾值電流

半導(dǎo)體激光器作用區(qū)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)值難于確定，但是可以將它與工作電流I聯(lián)系起來(lái)。在低溫下，假設(shè)在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，注入激光器的電子總數(shù)與同樣時(shí)間內(nèi)發(fā)生的電子與空穴復(fù)合數(shù)相等而達(dá)到平衡，則有

                                                  (3)

式中w和d分別為晶體的寬度和作用#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#區(qū)的厚度。代入(2)式得

(4)

式中 為通過(guò)作用區(qū)的電流密度。結(jié)合(2-36)式并將f(v)近似為1/△v，可以得到閾值電流密度的近似表達(dá)式為

     (5)

例如，GaAs激光器，△v=3×10⁶MHz，，λ=0.84ηm，μ=3.35，d=2ηm，代入上式得到J_閾∽150A/cm²。此值與低溫時(shí)的實(shí)測(cè)值很接近，但是與室溫下的閾值電流密度(3~5#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#×10⁴A/cm²) 相差很遠(yuǎn)。因此上述討論只是近似分析，主要是提供一個(gè)分析方法。