半導體光電子學第6章半導體發(fā)光二極管(編輯修改稿)
2025-01-17 06:13 本頁面
【文章內容簡介】 因此必須適當?shù)乜刂贫嗣娴姆瓷渎屎妥⑷腚娏鳌３椛浒l(fā)光二極管將在要求光源既無明顯偏振特性又有較大功率輸出的地方 (如光纖陀螺 )得到應用。 半導體發(fā)光二極管的性能 ? 半導體發(fā)光二極管的性能與其發(fā)光機理和器件本身的結構形式密切相關。完全由自發(fā)射產生的輸出，其 PI特性應該是理想的線性，已在前而討論過。 ? 其它主要特性： ? 一、溫度穩(wěn)定性 ? 二、發(fā)光二極管的遠場特性及其與光纖的耦合 ? 三、發(fā)光二極管的發(fā)射譜 一、溫度穩(wěn)定性 ? 相對于半導體激光器和超輻射發(fā)光二極管來說，通常所說的發(fā)光二極管的溫度穩(wěn)定性是很好的。這是因為半導體激光器的閾值電流密度對溫度的變化是很靈敏的。 ? 有源區(qū)材料不同，發(fā)光管的溫度特性也不相同，圖 (a)和 (b)分別表示 GaAlAs/GaAs(?=?m)和InGaAsP/InP(?=?m)邊發(fā)光二極管的溫度特性。 ? 由圖可以看出，在同樣的電流和溫度變化范圍 (20~70℃) 內， InGaAsP/InP發(fā)光管的輸出功率降低將近一半，而GaAlAs/GaAs發(fā)光管則只降低約 1/3。導致這一差別的原因可歸結為在 InGaAsP/InP發(fā)光管中存在較為嚴重的熱載流子泄漏和俄歇非輻射復合。 二、發(fā)光二極管的遠場特性及其與光纖的耦合 ? 由于發(fā)光二極管的自發(fā)發(fā)射機理，它的輸出光束的空間相干性是較差的，表現(xiàn)在光束具有較大的發(fā)散角，因而與光纖的耦合效率要比半導體激光器低得多。 ? 表面發(fā)光二極管的輻射是屬于朗伯(Lambertian)型的，即光束強度與發(fā)射方向和發(fā)射表面法線之間的夾角 ?按I(?)?I0cos?變化， ? 如圖 (b)所示，光束的全發(fā)散角約為120186。 ? 邊發(fā)光二極管在結構上與半導體激光器有一定的相似性，所以在垂直于結平面方向與雙異質結半導激光器的遠場特性相同，即在該方向的光束發(fā)散角 ??也和半導體激光器相一致，對 GaAlAs/GaAs邊發(fā)光二極管有 ? 式中 Δ x為有源層與兩邊限制層中 AlAs含量之差， d為有源層厚度，?為發(fā)射波長。 ? 若取 ?=?m，d=?m和 Δ x=，則由式 ()可得???29186。， 如圖 (a)所示。 ? ? ?? dx??? 20() ? 盡管邊發(fā)光管通常也采取和半導體激光器相同的條形電極結構，但由于它沒有諧振腔的反饋，因而在平行于結平面方向也按朗伯型發(fā)射。即遠場圖近似按 cos?變化，而在垂直于結平面方向的遠場圖是按 cos7?變化。圖 ，它比圖 (b)更具體地反映了在垂直于和平行于結平而方向的遠場圖，如圖中實線所示，在垂直于結平面方向出現(xiàn)的幾個小瓣是由于有源層在 n型 邊界面處材料成分變化所致，圖中虛線表示按朗伯分布和 cos7?分別對平行和垂直于結平面方向測量數(shù)據的擬合。 ? 也正是由于邊發(fā)光管所表現(xiàn)出的部分方向性，使它比面發(fā)光二極管的亮度高。例如，朗伯型面發(fā)光管的亮度通常為 200W/cm2sr ，而邊發(fā)光二極管的亮度則可達 1000W/cm2sr(sr 為球面度 )。同時由于邊發(fā)光管在垂直于結平而方向的模場直徑小于單模光纖的模場直徑，還可對單模光纖進行類透鏡處理來增加耦合效率。而朗伯型面發(fā)光管的有源區(qū)面積一般大于單模光纖的面積，用
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