半導(dǎo)體激光器泄漏電流產(chǎn)生的原因

作者：forgot

激光器——能發(fā)射激光的裝置。激光的英文laser 這個(gè)詞是由最初的首字母縮略詞LASER演變而來(lái)，是“受激輻射光放大器”英文的單詞的縮寫(xiě)簡(jiǎn)略。

按照工作物質(zhì)形態(tài)劃分，激光器可分為四種：

固體激光器：如紅寶石激光器（世界上第一臺(tái)激光器）

氣體激光器：如氦氖激光器、二氧化碳激光器等

液體激光器：如有機(jī)染料激光器、四軸飛行器化合物液體激光器

半導(dǎo)體激光器：如InGaAsP/InP激光器、GaAIAs/GaAs激光器等

半導(dǎo)體激光器常用工作物質(zhì)有：砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、硫化鋅（ZnS）等。

因?yàn)樾矢?、體積小、壽命長(zhǎng)、便于單片集成等優(yōu)點(diǎn)，使得半導(dǎo)體激光器在激光通信、光存儲(chǔ)、激光打印、激光測(cè)距，以及激光雷達(dá)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

半導(dǎo)體激光器除了常用的波長(zhǎng)、閾值電流、工作電流、發(fā)散角等基本工作參數(shù)之外，其高溫性能與大電流注入時(shí)的輸出性能也尤為重要。半導(dǎo)體激光器的本質(zhì)是半導(dǎo)體材料，而其閾值電流隨溫度變化的敏感程受有源區(qū)中的載流子泄漏的程度有重要關(guān)系，所以抑制器件的電子的泄漏是提高半導(dǎo)體激光器性能的關(guān)鍵手段。

那么，泄漏是怎么產(chǎn)生的呢？

首先，我們需要了解幾個(gè)半導(dǎo)體的概念：

勢(shì)壘：是在PN結(jié)由于電子、空穴的擴(kuò)散所形成的阻擋層，兩側(cè)的勢(shì)能差，就稱為勢(shì)壘。勢(shì)壘是勢(shì)能比附近的勢(shì)能都高的空間區(qū)域，基本上就是極值點(diǎn)附近的一小片區(qū)域。

價(jià)帶：是指半導(dǎo)體或絕緣體中，在0K時(shí)能被電子占滿的最高能帶。對(duì)半導(dǎo)體而言，此能帶中的能級(jí)基本上是連續(xù)的。

導(dǎo)帶：是由自由電子形成的能量空間。對(duì)于半導(dǎo)體，所有價(jià)電子所處的能帶是所謂價(jià)帶，比價(jià)帶能量更高的能帶是導(dǎo)帶。

其次，我們?cè)購(gòu)陌雽?dǎo)體材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理分析一下。

泄漏電流產(chǎn)生的原因：在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，由N型限制層注入到有源區(qū)中的電子受到P型異質(zhì)結(jié)勢(shì)壘的限制，阻擋它向狆型限制層內(nèi)擴(kuò)散；同樣，由P型限制層注入到有源區(qū)中的空穴受到N型異質(zhì)結(jié)勢(shì)壘的限制，阻擋它向N型限制層內(nèi)擴(kuò)散。

但是，由于異質(zhì)結(jié)界面的導(dǎo)帶或價(jià)帶不連續(xù)值決定了異質(zhì)結(jié)界面的勢(shì)壘高度。所以，必定有一部分能量高于該勢(shì)壘的載流子而越過(guò)勢(shì)壘進(jìn)入限制層成為該區(qū)的少數(shù)載流子。這些載流子通過(guò)漂移或擴(kuò)散方式向電極方向運(yùn)動(dòng)，并形成激光器的漏電流。而導(dǎo)致了通過(guò)的載流子數(shù)量與勢(shì)壘區(qū)的薄厚、材料，以及所加反向電壓的大小等因素共同決定。

那么，如何抑制了泄漏？

根據(jù)上述產(chǎn)生原理可以看出，提高電子的有效勢(shì)壘就可以抑制進(jìn)入限制層的載流子。所以，P型限制層的摻雜濃度，尤其是靠近有源區(qū)的P型摻雜濃度，對(duì)提高電子的有效勢(shì)壘，對(duì)激光的性能有著舉足輕重的作用。但由于材料原因，在高溫環(huán)境中雜質(zhì)又很容易擴(kuò)散到有源區(qū)，增大光吸收，破壞激光器的性能，并且給制作工藝帶來(lái)一定的困難，所以抑制了激光器泄漏電流的技術(shù)與工藝還在不斷改善及研究當(dāng)中。

編輯：黃飛