半导体激光器是指工作物质为半导体材料的激光器，也称为半导体激光二极管(LD)。它是60年代发展起来的一种激光器。半导体激光器的工作物质有几十种，如砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)等。激发方式有三种：电注入、光泵和高能电子束激发。半导体激光器已经从低温(77K)发展到室温连续工作。从同质结到单异质结、双异质结、量子阱(单量子阱和多量子阱)等形式。半导体激光器由于其波长的扩展、高功率激光器阵列的出现以及兼容光纤光导和激光能量参数微机控制的出现，发展迅速。
半导体激光器体积小，重量轻，成本低，波长可选。它们广泛应用于临床、制造业和军事，尤其是大功率半导体激光器。
半导体激光器的工作原理；激光产生原理
半导体激光器是一种相干辐射光源，产生激光必须具备三个基本条件：
(1)增益条件：激光介质(有源区)中载流子的反转分布成立。在半导体中，电子能量由一系列几乎连续的能级表示。因此，为了实现半导体中粒子数的反转，高能导带底部的电子数必须在两个能带区之间，远大于低能价带顶部的空穴数。这取决于向同质结或异质结施加正向偏压并将必要的载流子注入有源层。电子从能量较低的价带被激发到能量较高的导带。当大量处于粒子数反转状态的电子与空穴复合时，就会发生受激发射。
(2)为了实际获得相干受激辐射，受激辐射必须在光学谐振腔中多次反馈，形成激光振荡。利用半导体晶体的自然解理面作为反射镜，形成激光器的谐振腔。通常，不发光的一端涂有高反射多层介电膜，发光表面涂有抗反射膜。对于F-P腔(法布里-珀罗腔)半导体激光器，可以方便地利用垂直于P-N结平面的晶体自然解理面来构成F-P腔。
(3)为了形成稳定的振荡，激光介质必须能够提供足够的增益，以弥补谐振腔造成的光损耗和激光从腔面输出造成的损耗，从而不断增大腔内的光场。这需要足够强的电流注入，也就是足够的粒子数反转。粒子数反转程度越高，增益越大，即必须满足一定的电流阈值条件。当激光达到阈值时，特定波长的光可以在腔内共振并被放大，最终形成激光并连续输出。
可见，电子和空穴的偶极跃迁是半导体激光器中光发射和放大的基本过程。对于新型半导体激光器，现在公认量子阱是半导体激光器发展的根本驱动力。量子线和量子点是否能充分利用量子效应，一直延续到本世纪。科学家们尝试在各种材料中制造具有自组织结构的量子点，GaInN量子点已用于半导体激光器。此外，科学家们还制造了另一种具有受激辐射过程的量子级联激光器。这种受激辐射是基于从半导体导带的次能级到同一能带的较低能级的跃迁。因为只有导带中的电子参与这个过程，所以是单极器件。
半导体激光器的工作特性
1)阈值电流
当注入pn结的电流较低时，只发生自发发射，增益随电流值的增大而增大。当达到阈值电流时，pn结产生激光。影响阈值的几个因素：
(1)晶体的掺杂浓度越大，阈值越小。
(2)谐振腔的损耗小
(3)与半导体材料的结型有关，异质结的阈值电流远低于同质结。目前，室温下同质结的阈值电流大于30000 A/cm2；单异质结约为8000埃/平方厘米；双异质结约为1600A/cm2。目前，用双异质结已经制成了在室温下能连续输出几十毫瓦的半导体激光器。
(4)温度越高，阈值越高。100K以上，阈值随t的三次方增大，因此，半导体激光器最好工作在低温和室温下。
2)方向性
由于半导体激光器谐振腔短，激光方向性差，在结的垂直面内发散角最大，可达20-30；在结的水平面上大约10。
3)效率
当量子效率=每秒发射的光子数/每秒到达结区的电子-空穴对数为77K时，GaAs激光器的量子效率可达70%-80%；300K的时候下降到30%左右。功率效率1=辐射光功率/应用于激光器的电功率。由于各种损耗，目前双异质结器件的 1在室温下高达10%，在低温下只能达到30%-40%。
4)光谱特征
由于半导体材料特殊的电子结构，受激复合辐射发生在能带(导带和价带)之间，因此激光线宽较宽。GaAs激光在室温下的谱线宽度为几纳米，可见其单色性差。输出激光的峰值波长为840纳米；77K时；300K时为902纳米。
半导体激光器技术知识半导体激光器的制造技术与半导体电子器件的技术在原理上有很多相似之处。半导体激光器的诞生需要很多制造步骤才能实现。虽然各种半导体激光器的结构设计和制造工艺不同，但都是相似的。
基本过程：基底的选择和制备；外延生长；腐蚀；扩散和电极制造；溶液或划线；组装和制造管道；筛选；封装耦合；总测量。
解释以下主要流程：
1、衬底选择是器件制造的第一步。衬底是用于外延生长的衬底。因为外延生长的质量明显受衬底晶体质量的影响，所以衬底必须考虑与异质结材料的晶格匹配(有时加缓冲层)；具有特定的晶体取向和一定的偏差范围；应该有适当的掺杂浓度；一定的厚度；并且内部和表面的缺陷密度要低，表面要光滑光亮，无划痕。
2、外延生长工艺是半导体激光器制造中的核心工艺，是决定器件性能和成品率的关键步骤。外延生长是在衬底上生长多层单组分或多组分化合物或合金(固溶体)，形成同质结或异质结。常用的外延生长工艺包括LPE、MOCVD、MBE等。
3、腐蚀是根据激光器的设计结构和材料制备各种所需形状的重要工艺环节。可分为湿法(化学)刻蚀和干法刻蚀(等离子刻蚀、反应离子刻蚀、磁回旋共振刻蚀等。)，各有各的适用范围。千蚀主要用于微小尺寸的精细蚀刻。
扩散是半导体制造中非常成熟且日益重要的技术。扩散技术可以改变半导体材料的电学和光学特性。
5、电极的制作也叫欧姆接触，其质量不仅影响器件的功率转换，还会。它直接影响设备的可靠性和寿命。
6、解理技术是将金属化(欧姆接触制作)后的外延芯片解理成单片，获得平行反射腔面(即F-P腔)的技术。
7、焊锡是用焊锡将合格的管芯烧结在散热片上。焊接方法有真空焊和成形气焊两种，主要根据焊料的性质和工艺来选择。焊接时要保持粘接牢固，粘合均匀，但使用的焊料不能太多，温度也不能太高，以防焊料
9、为了提高可靠性，封装应完全金属化和密封，不漏气。在某些情况下，温度控制和光控传感器、半导体制冷器以及有时驱动电路安装在封装中，所有这些都取决于具体要求。通过上述过程，可以获得实用的半导体激光器。
常用半导体激光器的应用量子阱半导体高功率激光器在精密机械零件的激光加工中有着重要的应用，也成为固体激光器最理想、最高效的泵浦光源。固态激光器由于具有高效率、高可靠性和小型化的优点，不断更新换代——大功率半导体激光器也应用于打印和医疗领域。另外，比如长波长激光(1976年人们用GaInAsP/lnP实现了长波长激光)用于光通信，短波长激光用于光盘读取。自NaKamura实现GatnN/QaN蓝光激光器以来，可见半导体激光器已广泛应用于光盘系统，如cD播放机、DVD系统、高密度光存储器等。可见光面发射激光器广泛应用于光盘、打印机和显示器，尤其是红、绿、蓝光面发射激光器。
蓝色半导体激光器用于水下通信、激光打印、高密度信息读写、深水探测、大屏幕彩色显示和高清彩色电视。总之，可见光半导体激光器广泛用作彩色显示的光源、光存储的读写、激光打印、激光印刷、高密度光盘存储系统、条形码阅读器和固体激光器的泵浦源。一种新型级联量子激光器被应用于环境检测和医学检验领域。
此外，由于半导体激光器可以通过改变磁场或调节电流实现波长调谐，已经可以获得窄线宽的激光输出，因此可以用于高分辨率光谱研究。可调谐激光器是激光光谱学的重要工具，在研究物质结构方面发展迅速而深入。高功率中红外(3-5邮件)LD广泛应用于红外对抗、红外照明、激光雷达、大气窗口121、自由空闻通信、大气监测和化学光谱。
从绿光到紫外光的垂直腔面发射体在超高密度和光存储等光电子学领域有着广泛的应用。近场光学方案被认为是实现高密度光存储的重要手段。VCSEL还可用于全彩色平板显示、大面积发射、照明、光信号、光装饰、紫外光刻、激光加工和医疗。
如上所述，自80年代初以来，半导体激光器已经研制成功并投入实际应用，如DFB动态单纵模激光器、most子阱和应变层量子阱激光器的出现、高功率激光器及其阵列的进展、可见光激光器的研制成功、面发射激光器的实现、单极注入半导体激光器的发展等等。半导体激光器的应用越来越广泛，已经成为激光产业的主要组成部分，现已成为各国的发展信息。
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