基于GaAlAs和GaAs材料的高效半导体激光器研究与应用

可见光激光器的应用是十分广泛的，甚至有人说可见激光是比LED更棒的光源。但是其发展的主要困难是如何选择合适的有源层、限制层材料以及对应的生长工艺。

我们知道He-Ne激光器632.8nm的激光器用途很广泛。氦氖激光器是以中性原子气体氦和氖作为工作物质的气体激光器。以连续激励方式输出连续激光。在可见光和近红外区主要有0.6328微米、3.39微米和1.15微米三条谱线，其中0.6328微米的红光最常用。氦氖激光器的输出功率一般为几毫瓦到几百毫瓦。氦氖激光器已经被人们应用得非常普遍。但氦氖激光器又存在一定的缺点，激光器的效率较低，功率也不够大。所以在激光外科手术、钻孔、切割、焊接等这些行业中，人们现在大多换成采用 CO2激光器、脉冲激光器或者是半导体激光器等大功率激光器。因为氦氖激光器具有工作性质稳定、使用寿命比较长的特点，因而现在对于氦氖激光器在流速和流量测量方面得到了更加普遍的开发和利用，同时在精密计量方面的应用也非常广泛。

在GaAlAs/GaAs材料系统里面，改变AlAs的组分，直接带隙可以做到1.42~1.88eV，对应波长0.87~0.65um。但是随着AlAs含量的增加，直接带隙导带底相对于间接带隙导带底上升的速度快，注入间接带到能谷中的电子相对比例增大。当AlAs含量~0.37时，直接带隙和间接带隙宽度相同，随着波长变短，阈值电流密度明显增加。同时Al的分凝系数较大，很难用液相外延技术生出含Al高而结晶质量好的外延层。

一般4层的外延结构：GaAs衬底，限制层、有源层、限制层和GaAs顶层。由于各层的晶格常数和热膨胀系数不同，会产生失配应力和热应力。

常见的AlGaInP四元化合物，理论上波长可以到580nm-680nm。同时他可以在二元GaAs化合物上晶格匹配的生长。因此被认为是制备波长＜700nm较为合适的材料。