半导体光电子激光器技术的发展

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1、半导体光电子激光器技术的发展第10卷第8期2008年8月电子元器件主用ElectronicComponent&DeviceApplicationsVol」ONo.8Aug.2008半导体光电子激光器技术的发展程开富(中国电子科技集团公司第四十四研究所，重庆400060)摘要:分析了通信用光电子器件的分类,介绍了半导体光电子激光器件的发展背景和工诈原理,同时分析了半导体光电子激光器件的技术重点以及市场前景.关键词:通信;光电子器件;半导体;品体管激光器.0引言光电子器件的技术创新一直在光通信产业的发展中起着非常重要的作用，同时，光

2、通信产业的快速发展也为光电子器件带来了巨大的发展空间.鉴于光电子器件在电信领域的重要地位，世界各国都把发展光电子器件放在显着位置.为此，本文分析了半导体光电子激光器件的工作原理和技术要点.1光通信用品体管激光器的提出光通信用电子器件品种繁多，而且新器件层出不穷.就冃前来说，新推出的半导体光电子器件主要有:垂直腔面发射激光器(VCESL),量子阱激光器(QWL),可调谐激光器，光纤拉曼放人器(FRA),掺钾光纤激光器，波分复用器，波分复用器，光开关和不断推出的光电子集成器件等.而在这些光通信用电子器件中，晶体管激光器无疑是其屮最主要的半导

3、体通信器件能够同时生成光信号和电信号的超高速晶体管无疑将为讣算机业界开辟新的艦域.事实上，旦计算机用光而不是用电來处理数据时，它将具有种种神奇功能,宇宙的神秘面纱也将随之揭开，计算功能和带宽没有限制的黄金时代也将迎来技术乌托邦•暂且不说到底需不需要全光处理器，而目前光学计算技术至少没有最基本的计算元件——光子晶体管.当1947年JohnBardeen和WaiterH.Brattain把收稿日期:2007—09—2678电子元器件盔用2008.8wff)w.ecd~cn两条晶体管触须线粘在错基极上,演示了从发射极到集电极的信号功率放大功能

4、后•晶体管这个小小器件造就了美国年产值3000亿美元的半导体行业，同时也造就了我们的数字化生活方式.这种生活方式包括了我们常用的移动电话和个人电脑，数码相机和MP3播放器，医疗成像系统和机顶盒,超级计算机和互联网，不一而足.最近几十年,晶体管给人们带来了许多东西.现在它又为我们带来了光，随Z而来的还有大大加快电信网络宽带通信速度这一希望•而这希望有可能出现在十年之内.2晶体管激光器的工作原理为了解释为什么晶体管激光器非常适合发射电信号和光信号，首先需要了解晶体管和光电子学的重要元件:基本发光二极管的工作方式.在半导体晶体里面，原子的排列

5、导致出现一条条不同带状的密集能级•这些能带决定着品体里面电子的能级•一般只有两条带很重要:一是价带valencebandI,它含有通常由电子占用的能级;笫二就是在价带上面的那条导带(conductionband).如果价带的电子足够活跃.它就有可能跃迁到导带,这样就可以在电场的作用下随意加速，从而形成电流.价带顶部和导带底部Z间的能量差就是所谓的带隙(bandgap1,^量波长通常由红外光直到可见光.通常而言，电子占用的是价带，但如果施加适量的热，光或者电压，它们就会跃迁到导带，从而留下一个空穴.这个空穴实际上是电子离开第10卷笫8期2

6、0o8年8月嚴恭镣VOl.lONo.8Aug.2008品格后留卜的空位.然而.这个电子一空穴对却是短暂的•电子会回落到阶带，与空穴复合•因为能量总是守恒的•伴随电子和空穴的这种复合而来的是能量释放.以发光二极管或者激光器为例，他们将释放出光子•该光子的能量与导带和价带的能量差即带隙能量相符.但除了能量外，电子还有动量•在硅和错等非直接带隙材料里面.导带的最小能量和价带的最大能量将分别出现在电子动量不同值的时候.正因为如此,只有动量大小合适的源譬如晶格振动（即声子phonon1生成后，在这个过程中帮助动量守恒，导带里面的电子才会与价带里面

7、的空穴复合，从而生成光子.这是一种概率很低的效应，瑕疵和发热声子也能够生成光子，但生成的光非常少•确实，从Bardeen和Brattain研制的原始器件发出来的光子为数极少•即使人们努力为之,这么一点光子恐怕也很难探测到.3晶体管激光器的技术突破晶体管激光器中使用的半导体复合材料.即碑化镣和磷化钢镣很容易生成光子.在这些材料（来自元素周期表的III一V这一栏）中，价带的最大能量和导带的最小能量出现在电子动量相同值的时候.这些III一V复合材料之所以被称为直接带隙材料，是因为被激励到导带上的电子很容易通过生成能暈与带隙能量相符的光子f动量

8、很小1,而回落到价带上.发射光子是每个发光二极管的核心机制•最简单的半导体二极管就是由两个终端子和一个结组成.这个结在两个端子之间，名为P—n结.P_n结把含有大量导带电子的区域fn型材料1同含有大量价带空