為什么在同質結LED中，應該使電子注入電流盡量大，空穴注入電流盡量小，或者說用P區作為出光區，而在異質結LED中，并不需要這樣做？2.2節思考題1:同質結LED為提高注入效率，應采用P區作為出光區，使電子注入電流盡量大，空穴注入電流盡量小；

在異質結LED中，N區和P區分別向有源區注入電子和空穴，且有源區兩邊異質結的勢壘可限制注入該區的兩種載流子；電子和空穴復合產生的光子，無論從P區還是N區出射，都不會被吸收，因此并不局限在以P區作為出光區。同質結LED的注入效率：思考題2:與普通的面發射LED相比較，為什么邊輻射LED與光纖之間的耦合效率更高？對于普通面發射LED，由于在水平和垂直方向都沒有限制，因此其水平和垂直方向的散射角都為120°；

而對于邊發射LED，雖然平行于結平面方向沒有限制，水平散射角雖仍是120°；但在垂直于結平面方向對光有限制，其垂直散射角是30°，因此邊輻射LED與光纖之間的耦合效率更高。P-N+型同質結構成的LED，參數如下。計算其注入效率。【習題2.1】【解】少子濃度為擴散長度為：注入效率為：【習題2.2】

一個LED，正常工作情況下其有源區載流子的輻射復合壽命為2ns，非輻射復合壽命為5ns，求此LED的3dB截止帶寬。【解】【習題2.3】P-N+型同質結構成的LED，參數與習題2.1相同，其產生光功率為1mW，器件橫截面積為1mm2，輻射效率為20%。求正向偏置電壓。（工作溫度300K）【解】【習題2.4】在GaAs-LED外加圓形電介質罩，光束由LED向電介質罩出射時，在界面的反射率為10%，計算此電介質罩材料的折射率。電介質罩材料的折射率n從半導體材料到電介質罩的反射率R為【解】【習題2.5】GaAs材料制作的P-N+同質結LED，器件參數如下。請計算：

（1）總量子效率；（2）單位時間內產生的光子數；（3）注入電流。（1）總量子效率；（2）單位時間內產生的光子數（3）注入電流或【解】【習題2.6】GaAs材料的LED，輸出功率為5mW，橫截面積100um2，器件出光效率為0.2，載流子的輻射復合壽命為5ns。器件的非輻射復合忽略不計，注入效率為1。計算有源層厚度是多少。（題目中取n=1018cm-3）【解】2.3節思考題:

1.激光器的基本結構由哪幾部分組成？

半導體激光器有什么突出特點？激光器的基本組成部分:

增益介質

諧振腔

泵浦源結構很緊湊，避免了外加諧振腔可能產生的機械不穩定性；半導體激光器的驅動電源也較簡單，需要的電流、電壓均很小，因此工作較方便和安全。優點：2.什么是半導體激光器的閾值條件?閾值條件：光子在諧振腔內往返一次，不產生損耗而能維持穩定的振蕩或形成穩定的駐波。3.光子在腔內形成穩定振蕩的閾值振幅條件和相位條件。閾值振幅條件相位條件4.閾值增益的計算，如何降低激光器的閾值增益？閾值增益：盡量減少光子在介質內部損耗、適當增加增益介質的長度和對非輸出面鍍以高反射膜。降低LD的閾值增益：5.激光器的縱模間隔是多少？縱模波長間隔縱模頻率間隔忽略色散：（2.4節）1．為什么同質結激光器不能在室溫下連續工作？為什么其光場分布相對于結平面不對稱分布？（1）同質結LD有源區的厚度主要由p區電子的擴散長度所決定；而它是隨溫度的增加而增加的，室溫時的Ln可達5微米。在如此厚的有源區內實現粒子數反轉，需要大的注入載流子濃度；在一個Ln范圍內產生的受激輻射光子，無限制地向兩邊擴展；所以，同質結LD閾值電流密度高，而且隨溫度發生劇烈變化。同質結室溫下的閾值電流密度高達104A/cm2量級，只能在液氮溫度下才能連續工作；（2）結附近存在一個很小的折射率臺階，引起一個很弱的光波導效應，但由于電子有比空穴高的遷移率因而有大的擴散長度，所以同質結半導體激光器的有源區偏向p區一側。作業:教材138頁第1-3題答：答：（1）由于有源層側向尺寸減少，光場分布對稱性增加；（2）因為在側向對電子和光場也有限制，有利于減少激光器的

閾值電流和工作電流；（3）由于有源層被埋在導熱性能良好的無源晶體中，減少了激

光器的熱阻，有利于提高激光器的熱穩定性。（4）由于有源區面積小，有源層缺陷少。同時，除解理面外，

有源區與外界隔離，有利于提高器件的穩定性與可靠性。（5）由于有源層側向尺寸減少，有利于改善側向模式。（2.5節）2．條形半導體激光器有哪些優點？為什么？（2.5節）3．在條形半導體激光器中測向電流擴展和側向載流子擴散在物理概念上有何不同？如何減少這兩種影響？答：電流與載流子的側向擴展都是載流子運動的結果，但前者是pn結間多數載流子在電場作用下側向的漂移運動，而后者是注入的非平衡少數載流子由中心向兩側所形成的濃度梯度使其產生側向擴散。

為減少側向電流擴展，必須形成良好的電流通道。可用質子轟擊或氧注入的方法在所需的電流通道區兩側形成高阻區；也可用深鋅擴散的方法使所需的電流通道區相對于兩側形成低阻區，更有效的方法是采用反向pn結阻止電流的擴展。為防止載流子的側向擴散，可采取以下措施：（1）限制注入電流的側向擴展；（2）在有源區兩側側用pn同質結勢壘限制載流；（3）在側向用異質結對載流子的側向擴散進行限制。（2.4節）1、描述單異質結半導體激光器的結構。解釋說明其相對于同質結的優越性。并說明其缺點。答：單異質結半導體激光器由一個同質結和一個異質結構成，有源層（p-GaAs）被夾在（n-GaAs）和寬帶隙材料（P-GaAlAs）之間。

從n-GaAs注入p-GaAs的電子就會受到p-GaAs/P-GaAlAs異質結勢壘的限制，在同樣的注入速率下，這將使有源層積累的非平衡少數載流子濃度增加；同時異質結兩邊材料的折射率差所形成的光波導效應，限制了有源區中所激發的光子從橫向逸出該異質結而損失掉；單異質結已使激光器的閾值電流密度比同質結激光器低一個數量級。pn同質結對注入有源層的空穴向n區擴散沒有限制，同時對光子也只有很弱的光波導效應。因此，為了達到粒子數反轉所需的載流子濃度，仍需在n區重摻雜（3～4×1018/cm3）作業:補充1-3題（2.4節）2、描述雙異質結半導體激光器的結構。并簡要說明其優點。答：雙異質結半導體激光器的結構：有源層p-GaAs被夾在寬帶隙材料P-GaAlAs和N-GaAlAs之間。優點：由于利用雙異質結對載流子和光子的限制作用加強，閾值電流密

度比單異質結結構下降了近一個數量級；

雙異質結結構上的對稱性，帶來了折射率和光強分布的對稱性。

（2.4節）

3、目前對異質結半導體LD的研究主要集中在哪些方面？答：（1）提高激光器工作壽命，研究激光器性能退化和失效的機理，提高激光器長期工作的穩定性與可靠性，發展各種條形結構的激光器，降低閾值電流。（2）擴展半導體激光器的工作波段。（3）壓縮半導體激光器輸出光譜寬度（線寬）和適用在高速調制下的單縱模工作（即動態單縱模）。（4）提高半導體激光器的輸出功率和輸出光束的相干性，使光子從信息領域擴展到以光