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《半导体量子器件物理讲座第六讲半导体量子阱激光器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、半导体量子器件物理讲座3第六讲半导体量子阱激光器余金中王杏华(中国科学院半导体研究所北京100083)摘要量子阱结构是半导体光电子器件的核心组成部分,它是半导体光电子集成的重要基础.文章在描述了量子结构的态密度、量子尺寸效应、粒子数反转的基础上,介绍了量子阱导质结构激光器的工作原理、器件结构、器件性能,并对其在可见光激光器和大功率激光器件中显现出来的优越性作了进一步的说明.关键词异质结,量子阱,激光二极管,半导体光电子学,光电集成SEMICONDUCTORQUANTUMWELLLASERDIODESY
2、UJin2ZhongWANGXing2Hua(InstituteofSemiconductors,ChineseAcademyofSciences,Beijing100083,China)AbstractQuantumwellsarethefoundationforsemiconductoroptoelectronicsintegratedcircuitsaswellasthekeypartofoptoelectronicdevices.Basedonthestatedensity,quantumsi
3、zeeffectsandpopulationinversioninquantumstructureswediscusstheprinciplesofoperation,structureandperformanceofquantumwelllasers.Thesestructureshaveplayedaveryimportantroleinvisibleandhigh2powerlaserdiodes,showingmanyoutstandingproperties.Keywordsquantumw
4、ell,heterostructure,laserdiode,semiconductoroptoelectronics,optoelectronicintegratedcircuits已成为光纤通信、光学数据存储、固体激光器的抽运1引言光源、半导体光电子集成等应用中的理想光源.在激光器的三大要素(激光物质、粒子数反转和2量子阱异质结激光器基础谐振腔)中,激光物质亦即有源区历来最受人们的关注.在超晶格、量子阱概念被人们充分理解,特别是要想弄清量子阱激光器的工作原理,必须对其量子结构的外延生长技术成熟之后
5、,半导体量子阱结构、量子化能态、态密度分布等作深入的了解,从激光器便应运而生了.将有源区制成量子阱结构,给而弄清量子尺寸效应、量子阱结构中的光吸收、注入器件的机理、特性带来众多的新特点.和增益间的关系、粒子数反转和受激发射的条件[1]首先,量子阱的能带结构不再是体材料那样的等.能带,量子阱中的载流子受到一维的限制,能带发生211态密度和量子尺寸效应分裂;其次,这些量子结构中,态密度分布被量子化半导体材料中,当其吸收光子产生电子-空穴了;第三,量子阱结构使得载流子限制作用大为增对或其电子-空穴对复合发射
6、出光子时,都会涉及强,载流子的注入效率也大为增强,因而可以获得很载流子跃迁的能态及载流子浓度.载流子的浓度是高的增益;第四,基于上述几点,以量子阱为有源区由半导体材料的态密度和费米能级所决定的,前者的激光器在性能上获得了很大的改善;诸如激射波表征不同能态的数量的多少,后者表征载流子在具长出现蓝移,受激发射阈值电流明显减小,温度特性大为改善等,因而出现了阈值电流为亚毫安甚至只3国家自然科学基金(批准号:69746001,69787004,69896260-06,69990540)和国家科技部“973”计
7、划资助项目有几微安的量子阱激光器.应当说,量子阱激光器的2001-03-16收到初稿,2001-06-25修回出现是半导体光电子学的一次引人注目的飞跃,它30卷(2001年)11期·717·体能级上的占有几率.数.正是载流子二维运动的这种特性有效地改变了在半导体的体材料中,导带中电子的态密度可其能态密度和载流子的分布,因而有效地改进了量以表达为子阱中载流子的辐射复合效率.33P22me1P2ρc(E)=4πE,(1)h3式中me为电子的有效质量,h为普朗克常数,E为电子的能量.由此可见,体材料中的能态
8、密度同能量呈抛物线的关系.在量子阱中,设x方向垂直势阱层,则势阱中的电子在y-z平面上作自由运动(与体材料相同),而在x方向上要受两边势垒的限制.假定势阱层的厚度为Lx,其热势垒高度为无穷大,则量子效应使得波矢kx取分立数值:mπkx=,(2)Lx图1半导体体材料和量子阱中的态密度分布式中的m=1,2,3⋯,是不为零的正整数.对应的能212粒子数反转量本征值Em只能取一系列的分立值,第m个能级半导体激光二极管是通过p-n结注入载流子的能量Emc为实现粒子
