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이름에서 볼 수 있듯이 이득매질로 반도체를 사용하는 레이저. 일반적인 레이저 다이오드의 p형과 n형의 반도체를 접합한 상태에서 전류를 흘려주는 펌핑 작용을 통해 전자와 정공이 만나 안정된 상태로 돌아가면서 발생하는 빛을 사용하는 과정을 거친다.

최근엔 양자 폭포 레이저(Quantum Cascade Laser)가 활발히 연구 되고 있는데 주로 장파장의 발진 파장을 위해 연구 되고 또 상용화되고 있다. 일반적인 레이저 다이오드의 경우는 발진파장이 active region의 밴드갭에 비례하는데 반해, 일반적인 양자 폭포 레이저의 경우는 intraband cascade 의 원리를 이용하여 아주 세심한 증착방법과 (Molarcular beam epitaxy 혹은 MOCVD) 디자인을 통해 (주로 8 band k dot p가 사용된다.) 아주 얇은 증착층을 수십에서 수백층이상 쌓아 컨덕션 밴드 내의 높은에너지 레벨에서 낮은 에너지레벨을 차이를 engineering하여 전자만의 이용해 발진 파장을 조절한다.발진파장은 주로 4µm ~ 수십µm까지 입증되었다. 하지만 hole과 electron을 모두 이용하는 interband cascade laser또한 활발히 연구되고 있고 주로 2µm~4µm까지의 발진파장에 사용된다.

장점
높은 펌핑 효율
작은 크기

단점
큰 발산각[10]

Si, GaAs 등 다양한 반도체 물질을 사용하며, 미량의 불순물을 첨가하여 레이저의 발진 파장을 조절 할 수 있다.
Si은 직접천이형이 아니고 또 그위에 직접 천이형 물질증착이 매우! 어렵기 때문에 Monolithic integration이 목적이 아닌 이상 잘 쓰이지 않는다. 주로 희토류의 경우엔 미량의 불순물이지만 이방법은 반도체 레이저에서 잘 사용되지 않고 레이저 다이오드의 경우 발진파장은 주로 active region의 alloy형성으로 조절이 된다. 주로 GaAs의 기판의 경우 일반적인 Quantum well이나 Quantum dot active region으로 커버할수 있는 발진파장이 (700nm ~ 1.3µm)인데 반해 InP의 기판의 경우 (930nm ~2µm)까지 InGaAsP 혹은 AlGaInAs를 통해 조절이 가능하다.

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