[科普中国]-可见光半导体激光材料

可见光半导体激光材料是指用于制作发光波长位于可见波段的半导体激光器材料。最早是采用SiC材料制成的，但这种材料合成温度很高，难以获得单晶。

简介可见光半导体激光材料是指用于制作发光波长位于可见波段的半导体激光器材料1。

研究历程最早是采用SiC材料制成的，但这种材料合成温度很高，难以获得单晶。研究最多的是红光波段和蓝绿光波段的半导体材料，大多采用MBE ( molecular beam epitaxy) 及MOVPE (metalorganic vapor phase epitaxy)等先进薄膜生长技术制备的量子阱材料。635~670nm波段采用InGaAlP/GaAs材料。采用这种材料制成的红光半导体激光器已投入市场。蓝绿光激光材料可采用宽带I-V族材料，这种材料主要是采用MBE方法生长的ZnSe/CdZnSe、ZnSe/ZnS量子阱材料。利用这些材料已制成蓝绿光波段室温脉冲运转的激光器。除了红光、蓝绿光可见光激光器外，还有黄光激光器，使用的材料有InGaAsP/InP、(Zn，Cd)Te/ZnTe等异质结。

可见光半导体激光器半导体激光器的分类有多种方法。按波长分有中远红外激光器、近红外激光器、可见光激光器、紫外激光器等多种类别。而可见光半导体激光器便是其中一个重要的类别。它指的是输出光波长在可见光范围内（400~700nm）的一类半导体激光器。

由于它独特的可见特性，可见光半导体激光器在用作彩色显示器光源，光存贮的读出和写入，激光打印，激光印刷，高密度光盘存储系统，条码读出器以及固体激光器的泵浦源等方面有着广泛的用途2。

半导体激光器半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器。由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊。常用工作物质有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。 半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器在室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。

半导体二极管激光器是最实用最重要的一类激光器。它体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用3。

可见光可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400到700纳米之间，但还有一些人能够感知到波长大约在380到780纳米之间的电磁波。正常视力的人眼对波长约为555纳米的电磁波最为敏感，这种电磁波处于光学频谱的绿光区域。人眼可以看见的光的范围受大气层影响。大气层对于大部分的电磁波辐射来讲都是不透明的，只有可见光波段和其他少数如无线电通讯波段等例外。不少其他生物能看见的光波范围跟人类不一样，例如包括蜜蜂在内的一些昆虫能看见紫外线波段，对于寻找花蜜有很大帮助。

半导体激光器半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件。.其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式，光泵式和高能电子束激励式。电注入式半导体激光器，一般是由砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。光泵式半导体激光器，一般用N型或P型半导体单晶（如GaAS，InAs，InSb等）做工作物质，以其他激光器发出的激光作光泵激励.高能电子束激励式半导体激光器，一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS，CdS，ZhO等)做工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。在半导体激光器件中，性能较好，应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器2。

波长控制半导体光电器件的工作波长是和制作器件所用的半导体材料的种类相关的。半导体材料中存在着导带和价带，导带上面可以让电子自由运动，而价带下面可以让空穴自由运动，导带和价带之间隔着一条禁带，当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时，就把光的能量变成了电，而带有电能的电子从导带跳回价带，又可以把电的能量变成光，这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。材料科学的发展使我们能采用能带工程对半导体材料的能带进行各种精巧的裁剪，使之能满足我们的各种需要并为我们做更多的事情，也能使半导体光电器件的工作波长突破材料禁带宽度的限制扩展到更宽的范围3。

本词条内容贡献者为:

邱学农 - 副教授 - 济南大学