### GaAs/(GaAl)As PNPN异质结激光器
#### 一、PNPN异质结负阻激光器概述
GaAs/(GaAl)As PNPN异质结负阻激光器是一种新型的半导体激光器，它通过独特的结构设计实现了低阈值电流密度和优异的光电性能。该激光器主要由四个部分构成：NpP、NpPpn、PnpP、P.Ga1_tAI.As，每一部分均承担着不同的功能。
#### 二、器件结构与参数
- **材料与掺杂**：
- N.GaAs
- N.Ga1-a:A1.,As (铝含量 x=0.2~0.3)
- P.GaAs
- P.Ga1-I/AI"As (掺杂浓度 y=0.18)
- P.Ga1_tAJ.As (铝含量 z=0.1)
- **掺杂浓度**：
- 2×10^18 cm^-3
- 1×10^18 cm^-3
- 1×10^17 cm^-3
- **厚度**：
- 4 μm
- 0.4~1 μm
- 0.8 μm
- 0.5 μm
- 1.2 μm
根据以上结构，可以简化表示为 NpPpnP 结构。其中，NpP 具有传统的双异质结激光器结构（DH），而 NpPpn 和 PnpP 分别构成了基区和收集区的异质结构宽带发射结晶体管。
#### 三、器件工作原理
1. **双晶体管模型**：采用双晶体管模型来分析器件的电导通问题。主要参数包括共基极短路电流放大系数（α、β）、基区输运系数（β）和收集系数（α）。这些参数共同决定了器件的电导通性能。
2. **阈值条件**：为了实现完全的电导通，需要满足条件 α1 + α2 > 1。在实际情况下，由于 α2 接近于 1，这意味着 α1 只需取一个较小的值即可满足条件。
3. **异质势垒的作用**：异质势垒 JE1 和 JE2 的存在使得注入有源区的空穴和电子得到有效限制，从而降低了阈值电流密度。
4. **激射特性**：通过异质结构的设计，可以有效地控制激光器的激射特性，如降低阈值电流密度至接近一般双异质结激光器的水平。
#### 四、器件性能
1. **伏-安特性**：转折电压 Vt 为 15~20V，维持电压 VH 约为 1.5V；维持电流 IH 为 10~100mA。
2. **激射特性**：阈值电流密度最低可达 2500 A/cm²；激射峰值波长为 9020Å，半宽度为 2Å。
3. **振荡频率**：当激光器与电阻、电容组成简单的弛豫振荡回路时，可以轻松实现自激振荡，振荡频率高达 10MHz。
#### 五、双异质结激光器退化特性研究
1. **不同类型的激光器**：研究团队制备了三种类型的 GaAs-Al0.5Ga0.7As 双异质结条形激光器，包括质子轰击隔离条形激光器、氧离子注入隔离条形激光器和带有支撑的台面条形激光器。
2. **主要性能指标**：阈值电流 Lh 为 50~300mA；阈值电流密度 Jh 为 1000~4000 A/cm²；微分量子效率 ηd 为 20%~54%；发射光谱峰值波长为 8200~8900Å；半功率点谱线宽度为 2~10Å；激射寿命个别可达到 2500 小时。
3. **退化类型**：激光器的退化行为可分为快退化和慢退化两种。快退化激光器中的暗点缺陷和暗线缺陷在工作条件下迅速增殖，导致阈值电流急剧增加；而慢退化激光器中的缺陷则较为稳定，在初期可能略有增加，之后趋于稳定。
#### 六、结论
GaAs/(GaAl)As PNPN 异质结激光器通过精心设计的结构和掺杂参数，实现了低阈值电流密度、良好的激射特性和较高的工作稳定性。通过对不同类型的双异质结激光器的研究，进一步揭示了激光器退化的机制，为优化激光器性能提供了理论基础和技术支持。
