Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

302 J. Bille
Abb. 14.18. Doppelheterostruktur eines technischen Halbleiterlasers
Die Wellenlängen der Laserdioden hängen vom Bandabstand des Halbleiters
ab. In binären Halbleitern aus zwei Komponenten hat der Bandabstand
einen festen Wert, der bei GaAs 1,4 eV beträgt, was einer Wellenlänge
von 0,9 µm entspricht. Bei Halbleitern aus drei oder vier Komponenten kann
durch das Mischungsverhältnis der Bandabstand variiert werden. Im Fall von
GaAlAs liegt die Variation zwischen 0,9 und 0,7 µm. Für den Halbleiter In-
GaAsP ist der Wellenlängenbereich größer.
Für Diodenlaser sind Halbleiter mit direkten Bandabständen erforderlich.
Eine weitere Einschränkung ist, dass Halbleiterschichten am einfachsten auf
Substrate epitaktisch aufgewachsen werden, die etwa gleiche atomare Gitterkonstanten
besitzen. Aus diesem Grund lässt sich Ga1−xAlxAs auf GaAs
und In1−xGaxAsyP1−y mit 0 ≤ x ≤ 1 und y ≈ 2,2x auf InP gut produzieren.
Derartige InGaAsP-Laser können im Bereich von 1000 bis 1700 nm hergestellt
werden. Kürzere Wellenlängen bis 0,65 µm, d.h. rotes sichtbares Licht, kann
mit InGaAsP auf InGaP erzeugt werden. Gelbe Diodenlaser bis 570 nm verwenden
AlGaInP.
Beim Fertigungsprozess ist eine genaue Kontrolle der Wellenlänge des
Lasers nur innerhalb einer Unsicherheit von ±20–30 nm möglich. Für die
Nachrichtenübertragung sind Wellenlängen um 1,3 und 1,6 µm besonders
geeignet, da optische Fasern in diesem bereich eine minimale Dämpfung und
Dispersion aufweisen. GaAlAs-Laser um 780 nm werden in großen Stückzahlen
für die optische Abtastung von Tonträgern eingesetzt. Tabelle 14.8
Tabelle 14.8. Typische Daten von Halbleiterlasern im kontinuierlichen Betrieb
Lasertyp Wellenlänge Temperatur Leistung Schwellenstrom
(µm) (K) (mW) (mA)
InGaAsP/InGaP 0,65...0,7 300 10 100
GaAlAs 0,78...0,88 300 100 10
InGaAsP 1,2...1,6 300 50 10
PbCdS 2,8...4,2 300 1 500
PbSSe 4,0...8,5 100 1 500
PbSnTe 6,5...32 100 1 500
PbSnSe 8,5...32 100 1 500