一、引言
在１９６２年７月召开的固体器件研究国际会议上，美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯和奎斯特报告了砷化镓材料的光发射现象，这引起通用电气研究实验室工程师哈尔的极大兴趣，在会后回家的火车上他写下了有关数据。回到家后，哈尔立即制定了研制半导体激光器的计划，并与其他研究人员一道，经数周奋斗，他们的计划获得成功。从此拉开了研究半导体激光器的序幕。像晶体二极管一样，半导体激光器也以材料的Ｐ—ｎ结特性为基础，且外观亦与前者类似，因此，半导体激光器常被称为二极管激光器或激光二极管。
本文对半导体激光器的原理，发展以及应用等作简要介绍。
二、半导体激光器原理
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ＧａＡｓ（砷化镓），ｌｎＡｓ（砷化铟），ＩｎＳｂ（锑化铟）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。
三、半导体激光器的发展
２Ｏ世纪６Ｏ年代初期的半导体激光器是同质结型激光器，它是存一种材料上制作的ＰＮ结二极管在正向大电流注入下，电子不断地向Ｐ区注入，空穴不断地向Ｎ区注入。于是在原来的ＰＮ结耗尽区内实现了载流子分布的反转，由于电子的迁移速度比空穴的迁移速度快，在有源区发生辐射、复合，发射出荧光，在一定的条件下发生激光，这是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。
半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器，它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如ＧａＡｓ，ＧａＡ１Ａｓ所组成，最先出现的是单异质结构激光器（１９６９年）。单异质结注入型激光器（ＳＨＬＤ）是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在ＧａＡｓＰ—Ｎ结的Ｐ区之内，以此来降低阈值电流密度，其数值比同质结激光器降低了一个数量级，但单异质结激光器仍不能在室温下连续工作。
从２０世纪７０年代末开始，半导体激光器明显向着两个方向发展，一类是以传递信息为目的的信息型激光器。另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。在泵浦固体激光器等应用的推动下，高功率半导体激光器在２Ｏ世纪９０年代取得了突破性进展，其标志是半导体激光器的输出功率显著增加，国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化，国内样品器件输出已达到６００Ｗ。如果从激光波段的被扩展的角度来看，先是红外半导体激光器，接着是６７０ｎｍ红光半导体激光器大量进入应用，接着，波长为６５０ｎｍ，６３５ｎｍ的问世，蓝绿光、蓝光半导体激光器也相继研制成功，１０ｍｗ量级的紫光乃至紫外光半导体激光器，也在加紧研制中，为适应各种应用而发展起来的半导体激光器还有可调谐半导体激光器。分布反馈（ＤＦ）式半导体激光器是伴随光纤通信和集成光学回路的发展而出现的，它于１９９１年研制成功，分布反馈式半导体激光器完全实现了单纵模运作，在相干技术领域中又开辟了巨大的应用前景它是一种无腔行波激光器，激光振荡是由周期结构（或衍射光栅）形成光藕合提供的，不再由解理面构成的谐振腔来提供反馈，优点是易于获得单模单频输出，容易与纤维光缆、调制器等辆合，特别适宜作集成光路的光源。单极性注人的半导体激光器是利用在导带内（或价带内）子能级间的热电子光跃迁以实现受激光发射，自然要使导带和价带内存在子能级或子能带，这就必须采用量子阱结构。单极性注人激光器能获得大的光功率输出，是一种商效率和超商速响应的半导体激光器，并对发展硅基激光器及短波激光器很有利。量子级联激光器的发明大大简化了在中红外到远红外这样宽波长范围内产生特定波长激光的途径。它只用同一种材料，根据层的厚度不同就能得到上述波长范围内的各种波长的激光。
四、半导体激光器的应用
半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长，因此，品种发展快，应用范围广，目前已超过３００种。下面介绍几种常用的半导体激光器的应用。
量子阱半导体大功率激光器在精密机械零件的激光加工方面有重要应用，同时也成为固体激光器最理想的、高效率泵浦光源。由于它的高效率、高可靠性和小型化的优点，导致了固体激光器的不断更新。在印刷业和医学领域，高功率半导体激光器也有应用。另外，如长波长激光器（１９７６年）用于光通信，短波长激光器用于光盘读出。自从ＮａＫａｍｕｘａ实现了Ｇａｌｎ／ＧａＮ蓝光激光器，可见光半导体激光器在光盘系统中得到了广泛应用，如ＣＤ播放机，ＤＶＤ系统和高密度光存储器可见光面发射激光器在光盘、打印机、显示器中都有着和重要的应用，特别是红光、绿光和蓝光面发射激光器的应用更广泛。蓝绿光半导体激光器用于水下通信、激光打印、高密度信息读写、深水探测及应用于大屏幕彩色显示和高清晰度彩色电视机中。总之，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。量子级联激光的新型激光器应用于环境检测和医学领域。另外，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，且已经可以获得线宽很窄的激光输出，因此利用半导体激光器可以进行高分辨光谱研究。可调谐激光器是深入研究物质结构而迅速发展的激光光谱学的重要工具大功率中红外ＬＤ在红外对抗、红外照明、激光雷达、
大气窗口、自由空间通信、大气检测和化学光谱学等方面有广泛的应用。
五、结束语
半导体激光器是实用中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。