半导体光电子学第五六七八章
第五章半导体激光器的性能
LD的性能分为:①在直流偏臵下的稳态（或静态）特性；②在调制情况下的瞬态（动态）特性。
静态：阈值特性，量子转换效率，输出线性，光谱特性（模式和谱线宽度），近场和远场（光束发散角），短期和长期稳定性（退化和寿命）等。
动态：调制带宽，调制畸变，自脉冲等等。
5.1 LD的阈值特性5.2 LD的效率
5.3 LD的远场特性5.4 LD的模式特性5.5 LD的光谱线宽5.6 LD的瞬态特性5.7 LD的退化和失效
5.1 LD 的阈值特性
g th
g J t J th J
0 R
L g i th 1ln 1+=α??? ??+Γ+=R L A J J i t th 1ln 11α()
t J J A g -=
一
、
半
导
体激光器结构对
其阈值的影响
二、LD的几何尺寸（有源区d，w，l）对阈值电流密度的影响
1.与有源层厚度d的关系
有源层厚度对阈值电流的影响来自于在垂直于结平面的方向上异质结对注入的载流子和光场的限制能力。我们知道
在单异质结中d小于电子扩散长度，由于存在一个同异质结，弱波导，不能太小。在双异质结中，d可以很小，但d过小，
光场在有源区外的非增益区的损耗会增加，即限制因子Γ下降
R L g i th 1
ln 1+=αc
f out th th R L
g G
ααΓ++Γ-=Γ=1
ln 1)1(??∞+∞-≡Γdx x E dx
x E y d y )()(2
2
名义电流：d=1μm 时，有源区内全部用来产生辐射复合所需要的电流密度
i n th d J cm A J η/)/(2
=)
105.4(100.53
2?-?=-n h t J g ]1ln 1)1([20
105.43fc out i i th R L d d J ααηη+Γ+ΓΓ-+?=
2. J
th
与
有
源
层宽
度的关系
3. J th 与腔长的关系)1ln 1(1R
L A J J i t th +Γ+=α
s
th th N WdL e I τ/)(=
三、温度对阈值电流的影响
)
exp()()(0
T T T T J T J r
r th th -=T 0为一个表征半导体激
光器温度稳定性的重要
参数称为特征温度，T
与材料和结构相关，由式看出T 0越高LD 的温度
稳定性越高，T
0趋于无
穷则J th 不随温度而变化
]
1ln 1)1([20105.43
fc out i i th R L d d J ααηη+Γ+Γ
Γ
-+?=GaAlAs/GaAs 特征温度120-180℃
InGaAsP/InP T0=65K
四、J
th
与波长的关系
0.8-1.3μm向两侧J
th 都增加，λ减小J
th
增加是由于
GaAlAs/GaAs中λ下降，x增加，注入间接带隙的载流子增加，而这部分是无贡献的，λ增加，俄歇非辐射复合增加，载流子泄露增加。
5.2 半导体激光器的效率
1. 功率效率
GL V
I r s I-I th I th
LD
等
效
电路
功率效率：表征加在LD 上的电能（或电功率）转换为输出的光能（或光功率）的效率。
s
g ex s ex P r I e E I P r I IV P LD 22)/(+=+==消耗的电功率激光器辐射的光功率η提高此功率的方法是减小串联电阻
空穴对穴
子每秒钟注入有源区的电生的光子数激光器有源区每光器有-=i η1=i η121-++=）（nr
r r i d s τττηnr r r
i d s τττη121
1
++=